JP2001062594A - 加圧成形型用合金 - Google Patents
加圧成形型用合金Info
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Abstract
各種原料物質の加圧成形に用いられる加圧成形型用合金
において、加圧成形型に求められる強度を維持した上
で、耐食性を向上させて加圧成形型の長寿命化を達成す
る。 【解決手段】 Crを25〜60重量% 、Alを0.01〜10重
量% の範囲で含み、残部が実質的にNiからなる加圧成
形型用Ni−Cr−Al系合金である。加圧成形型用N
i−Cr−Al系合金は、さらにSi、C、Mg、M
n、TiおよびBから選ばれる少なくとも 1種の元素を
0.8重量% 以下の範囲で含んでいてもよい。これらNi
−Cr−Al系合金は、例えばタブレット成形機10の
加圧成形型、すなわち杵1、2や臼3などの構成材料と
して使用される。
Description
食性物質を含む原料物質を加圧成形する際の金型に好適
な加圧成形型用合金に関する。
圧縮して、医薬品、医薬部外品、化粧品、農薬、飼料、
食料などのタブレットを成形する場合、タブレット形状
に応じた貫通孔を有する臼と、この臼の貫通孔(臼孔)
内に挿入される下杵および上杵とを組合せた成形型が用
いられている。このような成形型を使用したタブレット
の成形機としては種々のものが知られている(特開昭 6
2-230500号公報、特開平5-318198号公報、同6-179098号
公報、同7-8540号公報、同9-122990号公報、同9-206998
号公報、同9-271996号公報など参照)。タブレットの成
形機では、まず下杵が挿入された臼内に粉末などの原料
物質を充填し、この原料物質を上杵で圧縮することによ
り、所望のタブレットが成形される。
などには、例えば特開平7-8540号公報に記載されている
ように、合金工具鋼(例えばSKS2 やSKD11など)
のような鉄基合金、あるいはMoやWなどの化合物を主
体とする超硬合金などが従来から用いられている。しか
し、これら従来のタブレット成形用合金では、必ずしも
耐食性や強度の点で満足した特性が得られておらず、原
料物質の性質によっては杵や臼の寿命が大幅に低下する
というような問題が生じている。
酸性粉末のような腐食性の高い粉末などを加圧成形する
必要が生じてきている。このような酸性粉末の成形に従
来の合金工具鋼などからなるタブレット成形用の杵や臼
を用いた場合、杵や臼の表面が酸性粉末により早期に腐
食されてしまう。杵や臼の表面の腐食は、原料粉末の離
型性の低下要因となったり、さらには強度劣化などを招
くことになる。このようなことから、酸性粉末などの腐
食性の高い粉末を成形する場合には、杵や臼の寿命が大
幅に低下してしまう。
成形用の杵や臼の耐食性を向上させるために、クロムメ
ッキなどでコーティングすることも試みられているが、
コーティング層の剥離により十分な効果を得ることがで
きず、また離型性の低下なども問題になる。さらに、セ
ラミックス焼結体の使用も検討されているが、成形時の
圧力や撃力により破壊が起こり、実用化には至っていな
い。
て、特開昭63-18031号公報に記載されている金型も提案
されている。この金型はCr20〜50重量% 、Al 1.5〜
9重量% 、残部実質的にNiからなるものであり、温度
500〜 800℃、プレス圧 500〜 2000kg/cm2 での熱間プ
レスに対して高硬度を有し、座屈することなく使用寿命
が長いことが記載されている。またこの公報中には、N
iは耐食性を向上させる成分であることも記載されてい
る。
5142号公報、同 53-137767号公報、特開平1-127640号公
報などには、Ni−Cr−Al系合金からなる時計側や
装飾品などが記載されており、これらのNi−Cr−A
l系合金は硬度が高く、かつ耐食性に優れていることが
記載されている。
タブレットの成形などに用いられる加圧成形用型の構成
材料としては、従来SKS2 やSKD11などの合金工具
鋼が主に用いられてきたが、酸性粉末などの腐食性の高
い原料物質の成形に適用した場合には、型表面が腐食さ
れるなどして、型寿命を大幅に低下させてしまうという
ような問題が生じている。また、型表面へのコーティン
グ処理では、コーティング層の剥離や離型性の低下など
が問題になる。さらに、セラミックス焼結体は成形時の
圧力や撃力による破壊を招くことから、実用化には至っ
ていない。
なされたもので、粉末などの加圧成形用型に求められる
強度を維持した上で、酸性粉末などの腐食性物質に対す
る耐食性の向上を図った加圧成形型用合金を提供するこ
とを目的としている。
型用合金は、請求項1に記載したように、Crを25〜60
重量% 、Alを0.01〜10重量% の範囲で含み、残部が実
質的にNiからなることを特徴としている。なお、本明
細書において、「X〜Y」とは「X以上Y以下」を意味
するものである。
項2に記載したように、Crを25〜60重量% 、Alを0.
01〜10重量% 、Si、C、Mg、Mn、TiおよびBか
ら選ばれる少なくとも 1種の元素を 0.8重量% 以下の範
囲で含み、残部が実質的にNiからなることを特徴とし
ている。
含有量は請求項3に記載したように30〜45重量% の範囲
であることが好ましく、またAl含有量は請求項4に記
載したように 0.1〜 5重量% の範囲であることが好まし
い。
おいて、第4の成分のうちMn、Si、C、Mgなどは
脱酸剤として機能し、これらの含有量は請求項5に記載
したように 0.005〜 0.1重量% の範囲とすることが好ま
しい。また、Mg、Ti、Bなどは展延性改善成分とし
て機能し、これらの含有量は請求項6に記載したように
0.005〜 0.1重量% の範囲とすることが好ましい。
成形型用Ni−Cr−Al系合金は、例えば請求項7に
記載したように、JIS Z 2244-1992 で規定するビッカー
ス硬さで 500Hv以上の硬度を有するものであり、このよ
うな高硬度に加えて耐食性に優れるものである。このよ
うなNi−Cr−Al系合金は、請求項8に記載したよ
うに、例えば酸性粉末のような腐食性物質を含む原料物
質の加圧成形用型の形成材料として好適である。
び高硬度を有すると共に、耐食性に優れるものである。
すなわち、本質的に耐食性が良好なNiにCrやAlを
添加したNi−Cr−Al系合金は、耐食性をより一層
向上させることができると共に、時効処理によりγ相、
α相、γ′相などが複合的に析出して高硬度化すること
ができる。
r−Al系合金によれば、各種の原料物質を加圧成形す
る際に用いられる型、例えば杵や臼に求められる強度を
維持した上で、酸性粉末などの腐食性物質との接触に伴
う腐食の進行を大幅に抑制することができる。従って、
このようなNi−Cr−Al系合金を用いることによっ
て、加圧成形用型の長寿命化を達成することが可能とな
る。
−Al系合金は、溶体化処理後の切削加工性に優れるこ
とから、溶体化処理後のNi−Cr−Al系合金素材に
加工を施した後、時効処理および所定寸法への仕上げ加
工を行うことによって、上述した高強度および高耐食性
という特性を安定して得た上で、型の製造コストの削減
および寸法精度の向上などを図ることができる。
態について説明する。
60重量% 、Alを0.01〜10重量% の範囲で含み、残部が
実質的にNiからなるNi−Cr−Al系合金からな
る。本発明の加圧成形型用Ni−Cr−Al系合金は、
さらにSi、C、Mg、Mn、TiおよびBから選ばれ
る少なくとも 1種の元素を 0.8重量% 以下の範囲で含む
ことができる。なお、Ni−Cr−Al系合金は微量の
不可避不純物(Fe、V、Co、Cu、W、Mo、T
a、Nb、O、Nなど)を、例えば 0.1重量% 以下の範
囲で含んでいてもよい。また、製造工程上SiがSiO
2 として0.002%程度不可避に入ることがあるが、本発明
合金の特性に影響を与えるものではない。
合金は、Niを主成分とすることが好ましい。主成分と
してのNiは、靭性を高めると共に耐食性を付与するも
のであり、またNi−Cr−Al系合金のγ相(母相)
を形成する成分である。
Cr−Al系合金ひいてはそれを用いた加圧成形型に優
れた耐食性を付与する成分である。また、Crは後に詳
述する時効処理によって、粒界反応に基づくα相の析出
を促進する成分である。適量のCrを含むNi−Cr−
Al系合金においては、時効処理によりCr基のα相が
析出する。
範囲とすることが好ましい。Crの含有量が25重量% 未
満であると、時効処理によるα相の析出量が不足し、十
分な強度や硬度が得られないおそれがある。一方、Cr
の含有量が60重量% を超えると、延性が低下して脆くな
る。Crの含有量は、α相をより安定して析出させるこ
とが可能な30〜45重量% の範囲とすることが好ましく、
さらには35〜43重量%の範囲とすることが望ましい。
それを用いた加圧成形型の耐食性をさらに高めると共
に、Crとの複合添加により強度および硬度の向上に寄
与する成分である。すなわち、Alは後に詳述する時効
処理によって、例えばα相とγ母相との間にγ′相(N
i3 Alなど)を析出させる成分である。
るものであり、その含有量は0.01〜10重量% の範囲とす
ることが好ましい。Alの含有量が0.01重量% 未満であ
ると、時効硬化による硬度や強度の向上効果を十分に得
ることができない。一方、Alの含有量が10重量% を超
えると、後述する溶体化処理後の硬度が高くなりすぎ
て、切削加工性などが低下する。Alの含有量は、より
安定して複合析出構造を得ることが可能な 0.1〜 5重量
% の範囲とすることが好ましく、さらには 1.5〜4.5重
量% の範囲とすることが望ましい。
複合析出構造(特に積層構造)を得ることによって、加
圧成形型用Ni−Cr−Al系合金に高硬度および高強
度を付与することができる。具体的には、本発明のNi
−Cr−Al系合金の硬度は、時効処理後にJIS Z 2244
-1992 で規定するビッカース硬さで 500Hv以上とするこ
とができる。また、時効処理条件の制御などによって、
Ni−Cr−Al系合金の硬度はビッカース硬さで 680
Hv以上とすることも可能である。さらに、本発明の加圧
成形型用Ni−Cr−Al系合金は、Ni、Crおよび
Alの基本成分に基づいて、良好な耐食性を有するもの
である。
合金は、上記した基本成分に加えて、Si、C、Mg、
Mn、TiおよびBから選ばれる少なくとも 1種の元素
を 0.8重量% 以下の範囲で含有していてもよい。この場
合、上記した各元素に基づいてNi−Cr−Al系合金
の各種特性の向上を図ることができる。
i、C、Mgなどは脱酸剤として機能する。脱酸剤の含
有量は 0.1重量% 以下とすることが好ましい。また、脱
酸剤としての機能を十分に得る上で、Ni−Cr−Al
系合金中に 0.005重量% 以上含有させることが好まし
い。また、Mg、Ti、Bなどは展延性向上成分として
機能し、その含有量は 0.1重量% 以下とすることが好ま
しい。また、展延性向上成分としての機能を十分に得る
上で、その含有量は 0.005重量% 以上とすることが好ま
しい。
する本発明のNi−Cr−Al系合金は、例えば各種の
原料物質をタブレットとする際に用いられる杵や臼、す
なわち加圧成形機の杵や臼の構成材料として好適であ
る。
を有する加圧成形機の一構成例を示す図である。同図に
示す加圧成形機10において、1は上杵、2は下杵、3
は臼である。臼3は原料物質が充填される貫通孔(臼
孔)3aを有している。
接触する成形部1a、2aをそれぞれ有しており、これ
ら成形部1a、2aは臼孔3a内に挿入可能な形状とさ
れている。また、杵1、2の成形部1a、2aと反対側
の端部には、それぞれ圧縮力が加えられる頭部1b、2
bが設けられている。
a、2aに、本発明の加圧成形型用Ni−Cr−Al系
合金が使用される。なお、図1は成形部1a、2aおよ
び頭部1b、2bを含む杵全体を、本発明のNi−Cr
−Al系合金で形成した杵1、2を示している。また、
臼3についても、本発明のNi−Cr−Al系合金で形
成してもよい。この際、臼孔3aの内壁面を構成する部
分のみを、本発明のNi−Cr−Al系合金を適用する
ことも可能である。
うに、臼座11が装着されている。また、上杵1および
下杵2は、それぞれ上杵保持盤12および下杵保持盤1
3によって、垂直方向に摺動自在に保持されている。
れており、この状態で下杵2の頭部2bは下杵ガイド1
4と接触している。この下杵2の成形部2aと臼孔3a
とで構成された容器内に原料物質15が充填される。原
料物質15としては各種粉末、あるいは粒体、ゲル状
物、高粘度液体やこれらの混合物などが用いられる。
は、上杵1の成形部1aが挿入される。そして、上杵1
の頭部1bを加圧ガイド16を介して加圧することによ
って、充填された原料物質15を上下から圧縮してタブ
レットが成形される。なお、加圧成形機10は図示を省
略した加圧手段を有しており、これにより加圧ガイド1
6に必要な圧力が加えられる。
合金は、上記したような加圧成形機10の加圧成形型、
すなわち杵1、2や臼3に求められる強度および硬度を
満足し、その上で良好な耐食性を有している。従って、
例えば酸性粉末のような腐食性物質を含む原料物質の加
圧成形に適用した場合においても、腐食性物質との接触
に伴う加圧成形型の腐食進行を大幅に抑えることができ
る。これは型表面の腐食に伴う離型性(例えば粉離れ)
の低下、さらには強度の低下などを抑制することを意味
する。従って、加圧成形型の長寿命化を達成することが
可能となる。
−Al系合金は、溶体化処理により良好な切削性を示す
ため、予め溶体化処理後におおよその型寸法まで粗加工
しておき、その後に時効処理および仕上げ加工を施すこ
とによって、加工コストの上昇を抑制することができ
る。従って、高硬度、高強度、高耐食性を有する加圧成
形型の低コスト化および高精度化を実現することができ
る。具体的な製造条件は以下のように設定することが好
ましい。
−Cr−Al系合金を溶解および鋳造してインゴットと
した後、熱間鍛造や圧延などを施して、適当な大きさお
よび形状を有するNi−Cr−Al系合金素材を作製す
る。溶解、鋳造、鍛造、圧延などは常法にしたがって実
施する。
材に溶体化処理を施す。溶体化処理時の加熱温度は1000
〜1350℃の範囲とすることが好ましい。加熱温度が1000
℃未満であると、溶体化域に達することができず、良好
な切削加工性などを得ることができないおそれがある。
一方、加熱温度が1350℃を超えると融点直下となり、部
分的に溶融・変形を起こす危険性がある。上記した温度
での保持時間(溶体化処理時間)は、特に限定されるも
のではないが、 1時間以上とすることが好ましい。ま
た、上記した温度からの急冷は、例えば油冷や水冷によ
り実施する。
金素材は、次いで所要の型寸法より若干大きい形状まで
粗加工される。この際の加工形状は、所要の型寸法より
少なくとも0.2%以上大きい形状、好ましくは1%程度大き
い形状とする。この時点では、Ni−Cr−Al系合金
素材は溶体化処理により良好な切削加工性、すなわち適
度な硬度を有しているため、作業性の低下などを招くこ
とがない。言い換えると、低コストで加工することがで
きる。
r−Al系合金材(加工材)に時効処理を施す。時効処
理の際の加熱温度は 500〜 950℃の範囲とすることが好
ましく、このような温度で 2〜 6時間保持した後、常温
まで徐冷する。時効処理の加熱温度が 500℃未満である
と、前述したα相やγ′相の析出量が不足し、Ni−C
r−Al系合金材を十分に時効硬化させることができな
いおそれがある。一方、加熱温度が 950℃を超えると固
溶域に近くなり、α相やγ′相の析出量が少なくなり、
硬度が低下するおそれがある。時効処理温度は 550〜 7
00℃の範囲とすることがより好ましい。
のNi−Cr−Al系合金の硬度はJIS Z 2244-1992 で
規定するビッカース硬さで 500Hv以上、さらには 680Hv
以上となる。そして、時効処理したNi−Cr−Al系
合金材を所定の型寸法まで仕上げ加工することによっ
て、所要の加圧成形型が得られる。
価結果について述べる。
試料)を溶解および鋳造した後、熱間鍛造および熱間圧
延して直径35mmの丸棒とした。これら各Ni−Cr−A
l系合金素材を1200℃で 2時間保持した後に油冷して、
それぞれ溶体化処理を施した。溶体化処理後の各Ni−
Cr−Al系合金素材を切削鍛造加工した後、各時効処
理温度で 5時間保持した後に常温まで空冷した。
Cr−Al系合金素材のそれぞれの硬度と時効処理温
度、各Ni−Cr−Al系合金の熱間加工性、圧延性
(溶体化処理材)、耐酸化性を表2に示す。なお、硬度
はビッカース硬さ測定機にて荷重1kgで測定した。ま
た、熱間加工性は上記熱間鍛造および熱間圧延に際し、
テストサンプル 5個について破壊したり、それ以降の加
工が不可能となるほどの大きなクラックが発生した数で
評価した。
た。まず、熱間加工上りのサンプルから10×10×3mm 程
度の小片を切り出し、常温にて 2段階圧延機を使用して
圧下率 80%程度まで圧延した後、溶体化処理を行う。こ
のサンプルに対し90°曲げ試験を行い、サンプル 5個の
うちクラックが入ったり破壊の発生したサンプル数で溶
体化材展延性を評価した。耐酸化性は、大気中で時効熱
処理を行い、その際に発生した粒界酸化の進行の深さに
より評価した。なお、表2において、「無し」の記述
は、表面の酸化はあるが、観察された酸化層の厚さが測
定限界以下であることを意味する。
カース硬さで 300Hv以上(好ましくは 500Hv以上)が必
要とされるが、各実施例の合金はいずれも上記硬度を満
足するものであった。
このようにして得た各試料を後述する特性評価に供し
た。なお、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、
実施例7では、時効処理温度を変更した複数の試料をそ
れぞれ作製し、これら各試料を後述する特性評価に供し
た。
て、上記した実施例と同一条件で加工し、後述する特性
評価に供した。
例と同形状に加工し、後述する特性評価に供した。
10による各試料を、塩水(濃度=20%)、硫酸(濃度=5
%)、酢酸(濃度=5%)の各溶液中に72時間放置し、その後
の腐食の有無を目視観察した。また、アスコルビン酸粉
末と接触させた状態で 5日間放置した後に腐食の有無を
目視観察した。その結果を表3に示す。
合金試料は十分な硬度(時効処理後)を有すると共に、
耐食性に優れていることが分かる。従って、このような
Ni−Cr−Al系合金を、例えば酸性粉末の加圧成形
型に適用することによって、型寿命を大幅に向上させる
ことが可能となる。
型用合金によれば、十分な強度と良好な耐食性とを併せ
持つ型材料を提供することができる。従って、例えば腐
食性物質を含む原料物質の加圧成形に適用する場合にお
いて、型寿命の長寿命化を達成することができる。ま
た、そのような加圧成形型の低コスト化および高精度化
が実現可能となる。
する加圧成形機の一構成例を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 Crを25〜60重量% 、Alを0.01〜10重
量% の範囲で含み、残部が実質的にNiからなることを
特徴とする加圧成形型用合金。 - 【請求項2】 Crを25〜60重量% 、Alを0.01〜10重
量% 、Si、C、Mg、Mn、TiおよびBから選ばれ
る少なくとも 1種の元素を 0.8重量% 以下の範囲で含
み、残部が実質的にNiからなることを特徴とする加圧
成形型用合金。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の加圧成形
型用合金において、 前記Crを30〜45重量% の範囲で含むことを特徴とする
加圧成形型用合金。 - 【請求項4】 請求項1または請求項2記載の加圧成形
型用合金において、 前記Alを 0.1〜 5重量% の範囲で含むことを特徴とす
る加圧成形型用合金。 - 【請求項5】 請求項2記載の加圧成形型用合金におい
て、 Mn、Si、CおよびMgから選ばれる少なくとも 1種
の元素を 0.005〜 0.1重量% の範囲で含むことを特徴と
する加圧成形型用合金。 - 【請求項6】 請求項2記載の加圧成形型用合金におい
て、 Mg、TiおよびBから選ばれる少なくとも 1種の元素
を 0.005〜 0.1重量%の範囲で含むことを特徴とする加
圧成形型用合金。 - 【請求項7】 請求項1ないし請求項6のいずれか1項
記載の加圧成形型用合金において、 JIS Z 2244-1992 で規定するビッカース硬さで 500Hv以
上の硬度を有することを特徴とする加圧成形型用合金。 - 【請求項8】 請求項1ないし請求項7のいずれか1項
記載の加圧成形型用合金において、 腐食性物質を含む原料物質の加圧成形用型に用いられる
ことを特徴とする加圧成形型用合金。 - 【請求項9】 請求項8記載の加圧成形型用合金におい
て、 前記腐食性物質は酸性粉末を含むことを特徴とする加圧
成形型用合金。 - 【請求項10】 請求項1ないし請求項7のいずれか1
項記載の加圧成形型用合金において、 原料物質を成形する際に使用される杵および臼から選ば
れる少なくとも 1種に用いられることを特徴とする加圧
成形型用合金。
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