專利名稱：高硬度、高耐蝕和高耐磨的合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高硬度、高耐蝕和高耐磨的合金。更具體的，本發(fā)明涉及特別適合在存 在腐蝕性物質(zhì)例如酸、堿和鹽的環(huán)境中使用的高硬度和高耐蝕的合金、含有該合金的構(gòu)件、 能形成該合金的合金用材料和生產(chǎn)該合金的方法。
背景技術(shù)：
在將例如粉末或顆粒的原料壓縮成型為藥品、準(zhǔn)醫(yī)藥品、化妝品、農(nóng)業(yè)化學(xué)品、飼 料、食品等的片劑中，迄今一直使用包括具有對(duì)應(yīng)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(jī)器中，例如粉末的原料 填入已經(jīng)插入下杵的白中，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(jī)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SKDll或主要由Mo (鉬)、W(鎢)等化 合物組成的硬質(zhì)合金。

此外，為了提高例如合金工具鋼模具的耐腐蝕性，已進(jìn)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(duì)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(wěn)定的耐磨 性提高的效果。這導(dǎo)致在保持模具構(gòu)件強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，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 劑成型杵和白。該合金在具有高硬度和高耐蝕蝕性的同時(shí)，具有脫模性。盡管該合金在片劑 成型后能保持約幾小時(shí)好的脫模性，出于規(guī)模生產(chǎn)目的一直希望在脫模性上進(jìn)一步改善。 進(jìn)一步，由于該合金具有相對(duì)低的疲勞強(qiáng)度，一直希望提高強(qiáng)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(yīng)用不僅包括制造設(shè)備例如用于腐蝕性粉末的上述模 具，而且包括化學(xué)物質(zhì)的處理設(shè)備、廢液或廢渣的處理設(shè)備、燃燒裝置和它們外圍構(gòu)件。此 夕卜，在主要要求耐腐蝕性能的應(yīng)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(gòu)件中，已經(jīng)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(qiáng)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(yīng)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(zhì)量％ Cr (鉻)和1.5-9質(zhì)量％ Al (鋁)、余量主要由Ni (鎳)構(gòu)成。該熱壓模具在溫度500-800°C 和壓力500-2000kg/Cm2(50-200MPa)的條件下呈現(xiàn)對(duì)熱壓的高硬度并具有抗彎性能。此外， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)模具具有對(duì)Ni和Cr的耐腐蝕性。就本發(fā)明人所知，該Ni-Cr-Al基合金的模具構(gòu) 件具有優(yōu)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(duì)于一些使用 條件，在構(gòu)件滑動(dòng)部分的磨損的發(fā)展，不利地導(dǎo)致構(gòu)件使用壽命的縮短。對(duì)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(guī)鋼產(chǎn)品是通過相對(duì)大的析出的碳化物進(jìn)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(duì)拋光表面的損傷使得難以進(jìn)行拋光。此 夕卜，在常規(guī)鋼材料中，出于提高脫模性的目的進(jìn)行鍍M或CrN涂覆。然而，常規(guī)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(gòu)件。一直希望在成型表面脫模性的進(jìn)一步提高、疲勞強(qiáng)度的提高和鏡 面加工性的提高。特別的，對(duì)用于樹脂成型的模具具有在其生產(chǎn)中涉及的與成型樹脂易于 粘附在模具上的脫模性有關(guān)的系列問題。希望實(shí)現(xiàn)均質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)以提高成型表面的脫模性、疲勞強(qiáng)度和鏡面加工性。即當(dāng) 存在未時(shí)效的組織時(shí)，在成型粉末等時(shí)，粉末侵入未時(shí)效的軟相(soft phase)，粉末粘附的 量逐步增加，導(dǎo)致脫模性能的惡化。此外，由于存在未時(shí)效的軟相，疲勞強(qiáng)度降低。更進(jìn)一 步，有時(shí)效析出相和未時(shí)效相間硬度的差異影響拋光和引起時(shí)效析出相和未時(shí)效相間拋光 差異的趨勢，其導(dǎo)致難于拋光的趨勢。如Materia Japan (日本金屬協(xié)會(huì)公報(bào))，22卷4期 P323報(bào)道的，在時(shí)效處理后該合金體系的析出相中，Y'相是在層狀α相和Y母相交界 處以薄層形式析出的復(fù)合物以形成特有的α、Υ'和Υ母相三層結(jié)構(gòu)。在該合金的常規(guī) 生產(chǎn)過程中，甚至在適合的溫度650-800°C時(shí)效熱處理后，仍然殘留一定量的未時(shí)效Y相， 因此，不能獲得完全的三相結(jié)構(gòu)(α、Y ‘和Υ)。因此，為了提高成型表面的脫模性、疲勞強(qiáng)度和鏡面加工性，一直希望減少未時(shí)效 的相和均質(zhì)細(xì)化。此外，在時(shí)效組織中三相(α、和Υ)的穩(wěn)定析出也是希望的。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開62595/2001專利文獻(xiàn)2 日本專利公開18031/1988專利文獻(xiàn)3 日本專利公開88431/2002非專利文獻(xiàn)1 =Materia Japan (日本金屬協(xié)會(huì)公報(bào))，22卷4期p323

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題而完成的，本發(fā)明的目標(biāo)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(gòu)件，所述合金具有提高的脫模性、疲勞 強(qiáng)度和成型表面的鏡面加工性，同時(shí)保持粉末、塑料等壓制成型用模具所需的強(qiáng)度和對(duì)腐 蝕材料例如酸粉末的耐腐蝕性。如下能獲得上述目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其中所述合金是 Cr(鉻)_A1(鋁)-Ni(鎳)基合金，在合金橫截面中的金屬組織中Y相晶粒邊界處的析出 的(a ffi + Y ‘相+ Y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(qiáng)度比，以Ia (100)/[I Y (200)+1 γ ‘ (004) ] X 100表示不小于50%且不大于 200%。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金滿足下 述要求(i)未時(shí)效γ相的平均晶粒直徑⑶不大于500 μ m ；和(ii)未時(shí)效Y相平均晶粒直徑⑶和在晶粒邊界析出的(α相+ Υ ‘相+ Υ相)的混合相的平均析出寬度(W)的總長度不大于2mm。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)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(zhì)構(gòu)成的余量。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)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(zhì)構(gòu)成的余量。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)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&、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(jù)本發(fā)明，提供由上述根據(jù)本發(fā)明的合金形成的高硬度、高耐蝕和高耐磨 構(gòu)件。此外，根據(jù)本發(fā)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(jìn)行時(shí)效熱處理能形成根據(jù)本發(fā)明的合金。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供用于根據(jù)本發(fā)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(zhì)由X射線衍射測量的強(qiáng)度比，以 I Y ‘ (110)/[Ι γ ‘ (110)+Ι α (110)+Ι γ (200)+Ι γ ‘ (004) ] X 100 表示不大于 5%，且以 I α (110)/[Ι γ ‘ (110)+Ι α (110)+Ι γ (200)+Ι γ ‘ (004) ] X 100 表示不大于 5%，且晶粒 直徑不大于5mmο此外，根據(jù)本發(fā)明，提供生產(chǎn)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(jù)本發(fā)明的合金的上述材料進(jìn)行時(shí)效熱處理。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金 的方法中，在500-850°C進(jìn)行時(shí)效熱處理。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金 的方法中，在進(jìn)行時(shí)效熱處理前，對(duì)所述材料進(jìn)行(i)以不低于100°C/hr且不高于500°C/ hr的溫度升高速率將材料加熱到400-700°C的預(yù)處理加熱，和(ii)將材料在400-500°C溫 度范圍保持至少0. 5hr的預(yù)處理加熱。本發(fā)明能提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其具有優(yōu)異耐蝕性、硬度和耐磨性， 同時(shí)具有脫模性、疲勞強(qiáng)度和成型表面的鏡面加工性。能通過利用這些優(yōu)異性能在各種應(yīng)用中利用根據(jù)本發(fā)明的合金，例如適用于醫(yī)藥 和樹脂成型領(lǐng)域，其中甚至在高溫和高壓條件下在腐蝕性環(huán)境中長期使用后，變形和磨損 的水平應(yīng)該是低的、脫模性也應(yīng)是優(yōu)異的。附圖簡述

圖1顯示合金中(α相+ Y ‘相+ Y相)混合相面積比與脫模性之間關(guān)系的圖。圖2顯示合金中(α相+ Υ ‘相+ Y相)混合相面積比與疲勞強(qiáng)度之間關(guān)系的圖。圖3顯示合金中(α相+ Υ ‘相+ Y相)混合相面積比與鏡面加工性之間關(guān)系的 圖。圖4顯示由X射線衍射測量的合金強(qiáng)度比與脫模性之間關(guān)系的圖。
圖5顯示由X射線衍射測量的合金強(qiáng)度比與疲勞強(qiáng)度之間關(guān)系的圖。圖6顯示由X射線衍射測量的合金強(qiáng)度比與鏡面加工性之間關(guān)系的圖。圖7根據(jù)本發(fā)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(shí)施例方式
將描述實(shí)施本發(fā)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(shí)效熱處理的進(jìn)行，在 Y相晶粒邊界處析出(α相+ Y ‘相+ Y相)混合相[即由α相、Υ ‘相和Υ相構(gòu)成的 混合相]，同時(shí)，未時(shí)效相部分逐漸減少。

根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金是進(jìn)行這種時(shí)效熱處理的 Cr(鉻)_Α1(鋁)_Ni(鎳)基合金，其中在合金橫截面上金屬組織中Y相晶粒晶邊界上析 出的(a ffi+Y ‘相+ Y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(qiáng)度比以Ια (110)/[Iy (200)+Iy ‘ (004) ] X 100表示不小于50%且不大于 200%。在本發(fā)明中，(α相+ Y ‘相+ Y相)混合相的比例以面積比表示不小于95 %，優(yōu) 選不小于98%，特別優(yōu)選100%。當(dāng)以面積比表示(α相+ Υ ‘相+ Υ相)混合相的比例少 于95%時(shí)，組織的均勻性降低，因此不能獲得本發(fā)明的目的。無需說明，根據(jù)本發(fā)明的高硬 度、高耐蝕和高耐磨合金包括基本上由(α相+ Υ ‘相+ Υ相)混合相構(gòu)成的合金(即(α ffi + Y ‘相+ Y相)混合相的比例以面積比表示是100%的合金)。在根據(jù)本發(fā)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(qiáng)度比以Ia (110)/[I γ (200)+1 γ ‘ (004) ] X 100表示不小于50%且不大于200%，優(yōu)選 不小于70%且不大于200%，特別優(yōu)選不小于100%且不大于200%。當(dāng)強(qiáng)度比在上述限定 范圍之外時(shí)，不能獲得本發(fā)明的目標(biāo)。關(guān)于這方面應(yīng)注意的是作為主峰的Y (111)或Y ‘ (112)峰被排除在外，因?yàn)?峰位于α (110)峰附近，由此不能分開，不能沒有困難的進(jìn)行強(qiáng)度比的確定，或可能引起誤差。在上述規(guī)定的根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，特別優(yōu)選滿足如下 要求(i)和(ii)的那些合金(i)未時(shí)效γ相的平均晶粒直徑⑶不大于500 μ m ；和(ii)未時(shí)效、相的平均晶粒直徑⑶和在晶粒邊界處沉淀的(α相+ Y ‘相+ Υ 相)混合相的平均析出寬度(W)的總長不大于2mm。在要求⑴中，“未時(shí)效Y相的平均晶粒直徑⑶，，的表述意指“在金屬晶粒中由 (α相+ Y ‘相+ Y相)混合相環(huán)繞的未時(shí)效Y相的最大晶粒直徑的平均值”。順便提及， 當(dāng)基本上觀察不到“未時(shí)效Y相”的存在時(shí)，“未時(shí)效Y相的平均晶粒直徑⑶”是“Ομπι”。在要求(ii)中，“在晶粒邊界處析出的(α相+ Y ‘相+ Y相)混合相的平均析 出寬度”的表述意指“在一個(gè)金屬晶粒中存在的未時(shí)效Y相晶粒與和該金屬晶粒鄰近的另 一個(gè)金屬晶粒中存在的另一個(gè)未時(shí)效Y晶粒之間最短距離的平均值”。當(dāng)基本上觀察不到 “未時(shí)效Y相”的存在時(shí)，為了方便，認(rèn)為在晶粒重心位置存在未時(shí)效Y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(rèn)為是在晶粒邊界析出的(α 相+ Y ‘相+ Y相)混合相的平均析出寬度(W)。 未時(shí)效γ相的平均晶粒直徑⑶和在晶粒邊界析出的(α相+ Υ ‘相+ Y相)混 合相平均析出寬度(W)的總長度(下面有時(shí)將此記為“D+W”)不大于2mm，優(yōu)選不大于1mm。 當(dāng)平均晶粒直徑⑶與平均析出寬度(W)的總長度(即“D+W”)超過2mm時(shí)，可能存在未時(shí) 效部分，因此不能獲得本發(fā)明的目標(biāo)。由在統(tǒng)計(jì)上可信賴的足夠多的若干樣品(即令人滿 意的晶粒數(shù)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(fā)明中，通過在光學(xué)顯微鏡下觀察根據(jù)本發(fā)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(gè)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)m“D+W”。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)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(zhì)構(gòu)成。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式中，根據(jù)本發(fā)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(zhì)構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)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(yōu)選不小于25重量％和不大于60重量％。在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)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(dāng)Al含量落在上述限定范圍之內(nèi)時(shí)，能提供必要的硬度水平。在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)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(jù)本發(fā)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(gè)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)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(jìn)一步提高合金的硬度。此外，在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)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(yōu)選不大于1重量％。這對(duì)控制合金的硬度是有效的。
根據(jù)本發(fā)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. 25重量％的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式。在根據(jù)本發(fā)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(zhì)包括例如C (碳)、Mn (錳)、P (磷)、0 (氧)、S (硫)、 Cu(銅)和Si(硅)。這些元素的總量優(yōu)選不大于0.3重量％。不同于常規(guī)Cr-Al-M基合金或鋼產(chǎn)品，根據(jù)本發(fā)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(duì)拋光表面的損傷，因此能 均勻地進(jìn)行拋光，從而能在短時(shí)間內(nèi)提供鏡面般的表面。此外在時(shí)效組 織中的α、γ ‘和γ三相穩(wěn)定析出。因此，形成α、Υ ‘和Υ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(fā)明能提供具有耐蝕性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強(qiáng)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(gòu)件由上述高硬度、高耐蝕和高耐磨合金形成根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨 構(gòu)件。在這里使用的術(shù)語“構(gòu)件”不僅指的是例如裝在機(jī)器和設(shè)備上以作為機(jī)器、設(shè)備等一 個(gè)組成部分的所謂的“零件”，而且指不與其它零件等結(jié)合單獨(dú)使用的制品。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的合金具有優(yōu)異的耐腐性、硬度和耐磨性，同時(shí)具有脫模 性、疲勞強(qiáng)度和成型表面的鏡面加工性。因此，根據(jù)發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)件特 別適用于需要這些各種性能的各種用途。例如根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)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(yī) 藥、準(zhǔn)醫(yī)藥品、化妝品、農(nóng)業(yè)化學(xué)品、飼料、食物等的片劑的成型設(shè)備的構(gòu)件，例如具有對(duì)應(yīng) 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(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)件特別適合作為用于樹脂生產(chǎn)機(jī) 器或設(shè)備例如用于樹脂成型機(jī)器的構(gòu)件。例如，根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)件 特別適合作為樹脂成型機(jī)器的構(gòu)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(huán)境中長期用于生產(chǎn)高 功能樹脂時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)件也不易變形或磨損并具有優(yōu)異的 脫模性。用于高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料本發(fā)明也涉及通過將材料進(jìn)行時(shí)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(yōu)選材料的具體實(shí)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(qiáng)度比以IY ‘ (110)/[I Y' (110)+Ια (110)+Iy (200)+Iy ‘ (004)] X 10
0表示不大于 5% 和以 I α (110)/[Ι γ ‘ (110)+Ι α (110)+Ι γ (200)+Ι γ ' (004)] XlOO 表 示不大于5%，且晶粒直徑不大于5mm。用于根據(jù)本發(fā)明的合金的材料更優(yōu)選為(i)由X射線衍射測量的強(qiáng)度比以
1Y ‘ (110)/[Ι γ ‘ (110)+Ι α (110)+Ι γ (200)+Ι γ ‘ (004) ] X 100 表示不大于 1 %，(ii) 由 X 射線衍射測量的強(qiáng)度比以 Ia (110)/[I Y' (110)+Ia (110)+1 γ (200)+1 γ ‘ (004)] XlOO表示不大于1%，和(iii)晶粒直徑不大于2mm。用于根據(jù)本發(fā)明的合金的材料優(yōu)選例如通過經(jīng)過熔融處理形成Cr-Al-Ni基合金 鑄錠，將鑄錠進(jìn)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(duì)材料進(jìn)行固 溶處理，其處理方法是在氬或氮?dú)夥障禄蛟诖髿鈮合略谶m當(dāng)溫度的條件下對(duì)材料進(jìn)行適當(dāng) 時(shí)間的固溶熱處理(優(yōu)選1000-1300°C的溫度30-120min)，然后浸入油中進(jìn)行淬冷來生產(chǎn)。下面將描述時(shí)效熱處理。
高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的制造方法 生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)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(jìn)行時(shí)效熱處理。在本發(fā)明中采用的時(shí)效熱處理優(yōu)選在500-850 °C、特別是在600-750 °C下進(jìn)行 l-8hr、特別是 3-5hr。在本發(fā)明中，在用于合金的材料的時(shí)效熱處理前，材料優(yōu)選進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理加 熱。在本發(fā)明中，通過預(yù)處理加熱，在時(shí)效熱處理中，金屬組織能更為均勻地析出。此外，能 優(yōu)化金屬組織析出的速度，同時(shí)能阻止在合金材料內(nèi)部裂紋的發(fā)生。在時(shí)效熱處理前預(yù)處理加熱的優(yōu)選方法包括(i)以不低于100°C /hr和不超 過500°C /hr，優(yōu)選不小于100°C /hr和不大于400°C /hr的溫度升高速率將材料加熱到 400-700°C的溫度的方法，和(ii)將材料在400-500°C的溫度范圍保持至少0. 5hr的方法。 當(dāng)在方法(i)中的溫度升高速率低于100°C/hr時(shí)，能滿足性能要求。然而在這種情況下， 必要的處理時(shí)間過長，因此，從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看低于100°C /hr的溫度升高速率是不適合 的。當(dāng)溫度升高速率超過500°C /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(jīng)常導(dǎo)致裂紋。當(dāng)在方法(ii)中保持時(shí)間少于0.5hr時(shí)，該預(yù)處理加熱的效果不 令人滿意。保持時(shí)間的上限優(yōu)選5hr。即使當(dāng)熱處理進(jìn)行多于5hr時(shí)，也難于取得更好的效果。根據(jù)本發(fā)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(dāng)進(jìn)行該時(shí)效熱處理時(shí)，優(yōu)選在上述預(yù)處理加熱后進(jìn)行上述時(shí)效熱處理，引起(α相 + Y ‘相+Y相)混合相的析出以生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金。即，通 過由于該時(shí)效熱處理微米尺寸的細(xì)小晶體的完全析出從而生產(chǎn)出根據(jù)本發(fā)明的具有優(yōu)異 耐腐性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強(qiáng)度和成型表面的鏡面加工性的合金。實(shí)施例實(shí)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(gòu) 成(下文稱為“合金Α”)。鍛造由此獲得的合金A制備具有30mm直徑X IOOOmm長度的圓棒。將該圓棒在已 經(jīng)調(diào)整為氬氣氛的真空熱處理爐中在1200°C的溫度下進(jìn)行2hr固溶熱處理。然后將該圓棒 浸入油中，進(jìn)行固溶處理并用水冷切割刀具或鋼絲鉗切割為30mm直徑X IOmm長度的尺寸。接下來，將該材料引入真空爐中，對(duì)真空爐中的氣氛進(jìn)行排氣。然后該材料在氬 氣氛中在850°C的溫度下進(jìn)行5hr時(shí)效熱處理，隨后在Ar氣中冷卻lhr，使得材料冷卻到 約150°C的溫度。之后，從真空爐中取出材料以制造根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨 合金。證實(shí)在該合金中沒有觀察到未時(shí)效Y相，因此(α相+ Y ‘相+Y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(qiáng)度比，發(fā)現(xiàn)該強(qiáng)度比以 I α (110)/[Ι γ (200)+1 γ ‘ (004)] XlOO 表示不大于 162%。通過時(shí)效熱處理，該材料的表面有些模糊(cloudy)。然而通過用拋光機(jī)精拋光，該 材料可容易地被拋光。實(shí)施例2-8和比較例1-4
制造根據(jù)本發(fā)明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金(實(shí)施例2-8)和比較合金(比較 例1-4)，除了如表1所示改變時(shí)效熱處理溫度外，以和實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果如表1所示。如下所述測量表1中的每種參數(shù)。通過對(duì)每種合金的表面施加X射線(CuK α線) 并測量每個(gè)峰的比率來確定通過X射線衍射測量的強(qiáng)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X IOmm長度)的兩 個(gè)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(shí)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(fù)該加工10000次，求出成型 樹脂(樹脂成型產(chǎn)品)的廢品百分率，來測定樹脂成型性。通過進(jìn)行拉-壓疲勞測試(循環(huán)頻率不大于40Hz)測定在6X IO6循環(huán)使樣品斷 裂所必須的疲勞強(qiáng)度(MPa)來測定疲勞強(qiáng)度。例如，780MPa疲勞強(qiáng)度意味著當(dāng)樣品被以 780MPa旋轉(zhuǎn)錘擊6 X IO6次時(shí)樣品斷裂。

通過在鏡面加工到表面粗糙度Ra水平不大于1 μ m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(xiàn)1具體規(guī)定的 潔凈度(cleanness) )。具體地，在d60X400 (視場數(shù)60和放大400倍)條件下進(jìn)行測量。
權(quán)利要求
1.高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其中所述合金是時(shí)效熱處理的 Cr(鉻)-Α1(鋁)-Ni(鎳)基合金，在合金橫截面中的金屬組織中、相晶粒邊界處析出的(α相+ Y ‘相+ Y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(qiáng)度比以Ια (110)/[Ι γ (200)+Ι γ ‘ (004)]Χ100表 示不小于50%且不大于200%。
2.根據(jù)權(quán)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(shí)效Y相的平均晶粒直徑⑶不大于500 μ m;和( )未時(shí)效Y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(jù)權(quán)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％的々1(鋁)，且余量由 Ni (鎳)、痕量元素和附帶雜質(zhì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)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％的々1(鋁)，且余量由 Ni (鎳)、痕量元素和附帶雜質(zhì)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)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&(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&、 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(jù)權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)的合金形成的高硬度、高耐蝕和高耐磨構(gòu)件。
7.一種用于高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料，通過對(duì)該材料進(jìn)行時(shí)效熱處理能形 成根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)的合金。
8.根據(jù)權(quán)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(zhì)由X射線衍射測量的強(qiáng)度比，以I Y' (110)/[ly ‘ (110)+Ια (110)+1 γ (200)+1 γ ‘ (004)] XlOO表示不大于5%，且以 I α (110)/[Ι γ ‘ (110)+Ι α (11 0)+Ι γ (200)+1 γ ‘ (004)] XlOO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(duì)根據(jù)權(quán)利要求8的用于 合金的材料進(jìn)行時(shí)效熱處理。
10.根據(jù)權(quán)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°C進(jìn) 行時(shí)效熱處理。
11.根據(jù)權(quán)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(jìn)行時(shí) 效熱處理前，對(duì)所述材料進(jìn)行(i)以不小于100°C /hr且不大于500°C /hr的溫度升高速率 將材料加熱到400-700°C的預(yù)處理加熱，和(ii)將材料在400-500°C的溫度范圍保持至少 0. 5hr的預(yù)處理加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金和包含該合金的構(gòu)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(jīng)過時(shí)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(qiáng)度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。本發(fā)明能提供具有優(yōu)異耐腐性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強(qiáng)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(gòu)件、能形成該合金的合金用材料及生產(chǎn)該合金的方法。
文檔編號(hào)C22F1/10GK102102159SQ20111002702
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者六反田貴史, 新井智久, 日下隆夫, 神保信義 申請(qǐng)人:東芝高新材料公司, 株式會(huì)社東芝