CN102102159A

CN102102159A - 高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金

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Publication number: CN102102159A
Application number: CN2011100270242A
Authority: CN
Inventors: 六反田贵史; 新井智久; 日下隆夫; 神保信义
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2011-06-22
Also published as: JP5414149B2; JP2013091851A; US8062441B2; JP5502976B2; US20080121319A1; US20120097297A1; WO2006035671A1; CN101056999A; JPWO2006035671A1; EP1820868A4; EP1820868A1

Abstract

本发明提供高硬度、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。

Description

高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金

技术领域

本发明涉及高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金。更具体的，本发明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。

背景技术

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***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***下杵的臼中，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SKD11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臼。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***构件。此外，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℃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。就本发明人所知，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。此外，在常规钢材料中，出于提高脱模性的目的进行镀Ni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，γ′相是在层状α相和γ母相交界处以薄层形式析出的复合物以形成特有的α、γ′和γ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℃时效热处理后，仍然残留一定量的未时效γ相，因此，不能获得完全的三相结构(α、γ′和γ)。

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、γ′和γ)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

发明内容

本发明是为了解决现有技术的上述问题而完成的，本发明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。

根据本发明，提供高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其中所述合金是Cr(铬)-Al(铝)-Ni(镍)基合金，在合金横截面中的金属组织中γ相晶粒边界处的析出的(α相+γ′相+γ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Iα(100)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。

在本发明优选的实施方式中，根据本发明的高硬度、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(D)不大于500μm；和

(ii)未时效γ相平均晶粒直径(D)和在晶粒边界析出的(α相+γ′相+γ相)的混合相的平均析出宽度(W)的总长度不大于2mm。

在本发明优选的实施方式中，根据本发明的高硬度、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。

在本发明另一个优选实施方式中，根据本发明的高硬度、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。

在本发明优选的实施方式中，在根据本发明的高硬度、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Zr、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，根据本发明，提供由上述根据本发明的合金形成的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件。

此外，根据本发明，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发明的合金。

此外，根据本发明，提供用于根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的材料，其中所述材料是固溶处理过的材料，其具有这样的性质：由X射线衍射测量的强度比，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％，且晶粒直径不大于5mm。

此外，根据本发明，提供生产高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法，所述方法包括将用于根据本发明的合金的上述材料进行时效热处理。

在本发明的优选实施方式中，在生产根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法中，在500-850℃进行时效热处理。

在本发明的优选实施方式中，在生产根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法中，在进行时效热处理前，对所述材料进行(i)以不低于100℃/hr且不高于500℃/hr的温度升高速率将材料加热到400-700℃的预处理加热，和(ii)将材料在400-500℃温度范围保持至少0.5hr的预处理加热。

本发明能提供高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其具有优异耐蚀性、硬度和耐磨性，同时具有脱模性、疲劳强度和成型表面的镜面加工性。

能通过利用这些优异性能在各种应用中利用根据本发明的合金，例如适用于医药和树脂成型领域，其中甚至在高温和高压条件下在腐蚀性环境中长期使用后，变形和磨损的水平应该是低的、脱模性也应是优异的。

附图简述

图1显示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面积比与脱模性之间关系的图。

图2显示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面积比与疲劳强度之间关系的图。

图3显示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面积比与镜面加工性之间关系的图。

图4显示由X射线衍射测量的合金强度比与脱模性之间关系的图。

图5显示由X射线衍射测量的合金强度比与疲劳强度之间关系的图。

图6显示由X射线衍射测量的合金强度比与镜面加工性之间关系的图。

图7根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金横截面上金属组织的典型视图。

具体实施方式

将描述实施本发明的方式。

高硬度、高耐蚀和高耐磨合金

通常观察到，在固溶处理过的Cr-Al-Ni基合金中，伴随着时效热处理的进行，在γ相晶粒边界处析出(α相+γ′相+γ相)混合相[即由α相、γ′相和γ相构成的混合相]，同时，未时效相部分逐渐减少。

根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金是进行这种时效热处理的Cr(铬)-Al(铝)-Ni(镍)基合金，其中在合金横截面上金属组织中γ相晶粒晶边界上析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示不小于95％，且由合金的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％。

在本发明中，(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示不小于95％，优选不小于98％，特别优选100％。当以面积比表示(α相+γ′相+γ相)混合相的比例少于95％时，组织的均匀性降低，因此不能获得本发明的目的。无需说明，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金包括基本上由(α相+γ′相+γ相)混合相构成的合金(即(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示是100％的合金)。

在根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，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％，优选不小于70％且不大于200％，特别优选不小于100％且不大于200％。当强度比在上述限定范围之外时，不能获得本发明的目标。

关于这方面应注意的是作为主峰的γ(111)或γ′(112)峰被排除在外，因为峰位于α(110)峰附近，由此不能分开，不能没有困难的进行强度比的确定，或可能引起误差。

在上述规定的根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，特别优选满足如下要求(i)和(ii)的那些合金：

(i)未时效γ相的平均晶粒直径(D)不大于500μm；和

(ii)未时效γ相的平均晶粒直径(D)和在晶粒边界处沉淀的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出宽度(W)的总长不大于2mm。

在要求(i)中，“未时效γ相的平均晶粒直径(D)”的表述意指“在金属晶粒中由(α相+γ′相+γ相)混合相环绕的未时效γ相的最大晶粒直径的平均值”。顺便提及，当基本上观察不到“未时效γ相”的存在时，“未时效γ相的平均晶粒直径(D)”是“0μm”。

在要求(ii)中，“在晶粒边界处析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出宽度”的表述意指“在一个金属晶粒中存在的未时效γ相晶粒与和该金属晶粒邻近的另一个金属晶粒中存在的另一个未时效γ晶粒之间最短距离的平均值”。当基本上观察不到“未时效γ相”的存在时，为了方便，认为在晶粒重心位置存在未时效γ相。因此，在这种情况下，邻近的金属晶粒重心位置之间的距离的“平均值”被认为是在晶粒边界析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出宽度(W)。

未时效γ相的平均晶粒直径(D)和在晶粒边界析出的(α相+γ′相+γ相)混合相平均析出宽度(W)的总长度(下面有时将此记为“D+W”)不大于2mm，优选不大于1mm。当平均晶粒直径(D)与平均析出宽度(W)的总长度(即“D+W”)超过2mm时，可能存在未时效部分，因此不能获得本发明的目标。由在统计上可信赖的足够多的若干样品(即令人满意的晶粒数量)测得的“D+W”的上述值基本上等于晶粒平均直径的值。因此，在这种情况下，可利用“晶粒平均直径”的值作为“D+W”的值。

在本发明中，通过在光学显微镜下观察根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的任何希望截面并指定总共20个晶粒作为样品，测量所选择的晶粒的晶粒直径和析出宽度，求出测量的平均值以确定D和W，并求出基于这些平均值的D+W，从而求得上述“平均晶粒直径(D)”、“平均析出宽度(W)”和“D+W”。

在本发明的一个优选实施方式中，根据本发明的高硬度、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)，且余量由Ni(镍)、痕量元素和附带杂质构成。在本发明的另一个优选实施方式中，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金包含不小于30重量％且不大于45重量％的Cr(铬)和不小于2重量％且不大于6重量％的Al(铝)，且余量由Ni(镍)、痕量元素和附带杂质构成。

在根据本发明的优选的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，Cr是确保耐腐性和可加工性的不可缺少的元素，Cr的含量优选不小于25重量％和不大于60重量％。

在一个根据本发明的优选的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，Al是主要作用于合金硬度的合金化元素。当Al含量落在上述限定范围之内时，能提供必要的硬度水平。

在一个根据本发明的优选的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，Ni是合金化元素，主要作用于合金的耐腐蚀性和可加工性并作为一种余量元素，即在根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中Cr和Al以外的元素。

在一个根据本发明的优选的高硬度、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，但Zr、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％。部分Cr被选自Zr(锆)、Hf(铪)、V(钒)、Ta(钽)、Mo(钼)、W(钨)和Nb(铌)的一种或至少二种元素替换能进一步提高合金的硬度。

此外，在一个根据本发明的优选的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，部分Al可被Ti替换，但Ti(钛)替换的总量优选不大于1重量％。这对控制合金的硬度是有效的。

根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金能可以选择性地含有Mg(镁)。具有Mg含量不大于0.25重量％的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金是本发明的一个优选的实施方式。

在根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，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带杂质包括例如C(碳)、Mn(锰)、P(磷)、O(氧)、S(硫)、Cu(铜)和Si(硅)。这些元素的总量优选不大于0.3重量％。

不同于常规Cr-Al-Ni基合金或钢产品，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金没有由于在抛光过程中析出碳化物颗粒的脱落形成的孔洞和没有通过脱落颗粒对抛光表面的损伤，因此能均匀地进行抛光，从而能在短时间内提供镜面般的表面。此外在时效组织中的α、γ′和γ三相稳定析出。因此，形成α、γ′和γ相的局部电池，固/气界面的界面能大于固/固界面和固/液界面的界面能，提高了脱模性。此外，无论表面粗糙度如何，脱模性是好的，由磨损引起的脱模性变化并不明显。

因此，本发明能提供具有耐蚀性、硬度、耐磨性、脱模性、疲劳强度和镜面加工性的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金。

高硬度、高耐蚀和高耐磨构件

由上述高硬度、高耐蚀和高耐磨合金形成根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件。在这里使用的术语“构件”不仅指的是例如装在机器和设备上以作为机器、设备等一个组成部分的所谓的“零件”，而且指不与其它零件等结合单独使用的制品。

如上所述，根据本发明的合金具有优异的耐腐性、硬度和耐磨性，同时具有脱模性、疲劳强度和成型表面的镜面加工性。因此，根据发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件特别适用于需要这些各种性能的各种用途。例如根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件特别适用于将原料例如粉末或颗粒例如高腐蚀性粉末比如酸性粉末或碱性粉末压制为医药、准医药品、化妆品、农业化学品、饲料、食物等的片剂的成型设备的构件，例如具有对应于片剂形状的贯通孔的臼和将***贯穿孔(臼孔)中的下杵和上杵。

此外，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件特别适合作为用于树脂生产机器或设备例如用于树脂成型机器的构件。例如，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件特别适合作为树脂成型机器的构件，例如(i)通用树脂，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS树脂，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、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、和聚酰亚胺。甚至在高温和高压条件下在腐蚀性环境中长期用于生产高功能树脂时，根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件也不易变形或磨损并具有优异的脱模性。

用于高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的材料

本发明也涉及通过将材料进行时效热处理能形成上述高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的用于合金的材料。

用于合金的优选材料的具体实例是固溶处理过的材料，其具有下述特性：由X射线衍射测量的强度比以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％，且晶粒直径不大于5mm。

用于根据本发明的合金的材料更优选为(i)由X射线衍射测量的强度比以Iγ′(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于1％，(ii)由X射线衍射测量的强度比以Iα(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于1％，和(iii)晶粒直径不大于2mm。

用于根据本发明的合金的材料优选例如通过经过熔融处理形成Cr-Al-Ni基合金铸锭，将铸锭进行热加工和冷加工，可选择地将材料加工为适合的形状，然后对材料进行固溶处理，其处理方法是在氩或氮气氛下或在大气压下在适当温度的条件下对材料进行适当时间的固溶热处理(优选1000-1300℃的温度30-120min)，然后浸入油中进行淬冷来生产。

下面将描述时效热处理。

高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的制造方法

生产根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法的特征在于通过将上述用于合金的材料进行时效热处理。

在本发明中采用的时效热处理优选在500-850℃、特别是在600-750℃下进行1-8hr、特别是3-5hr。

在本发明中，在用于合金的材料的时效热处理前，材料优选进行适当的预处理加热。在本发明中，通过预处理加热，在时效热处理中，金属组织能更为均匀地析出。此外，能优化金属组织析出的速度，同时能阻止在合金材料内部裂纹的发生。

在时效热处理前预处理加热的优选方法包括(i)以不低于100℃/hr和不超过500℃/hr，优选不小于100℃/hr和不大于400℃/hr的温度升高速率将材料加热到400-700℃的温度的方法，和(ii)将材料在400-500℃的温度范围保持至少0.5hr的方法。当在方法(i)中的温度升高速率低于100℃/hr时，能满足性能要求。然而在这种情况下，必要的处理时间过长，因此，从生产的观点来看低于100℃/hr的温度升高速率是不适合的。当温度升高速率超过500℃/hr，温度分布的不均匀化水平和由析出引起的体积收缩水平过高，经常导致裂纹。当在方法(ii)中保持时间少于0.5hr时，该预处理加热的效果不令人满意。保持时间的上限优选5hr。即使当热处理进行多于5hr时，也难于取得更好的效果。

根据本发明的用于合金的材料(用于合金的该材料的金属晶体主要由α相组成)，当进行该时效热处理时，优选在上述预处理加热后进行上述时效热处理，引起(α相+γ′相+γ相)混合相的析出以生产根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金。即，通过由于该时效热处理微米尺寸的细小晶体的完全析出从而生产出根据本发明的具有优异耐腐性、硬度、耐磨性、脱模性、疲劳强度和成型表面的镜面加工性的合金。

实施例

实施例1

通过真空熔融方法熔融Cr-Al-Ni基合金并铸造。该Cr-Al-Ni基合金包含38.2重量％的Cr(铬)、3.78重量％的Al(铝)和0.012重量％的Mg(镁)，余量由Ni(镍)构成(下文称为“合金A”)。

锻造由此获得的合金A制备具有30mm直径×1000mm长度的圆棒。将该圆棒在已经调整为氩气氛的真空热处理炉中在1200℃的温度下进行2hr固溶热处理。然后将该圆棒浸入油中，进行固溶处理并用水冷切割刀具或钢丝钳切割为30mm直径×10mm长度的尺寸。

接下来，将该材料引入真空炉中，对真空炉中的气氛进行排气。然后该材料在氩气氛中在850℃的温度下进行5hr时效热处理，随后在Ar气中冷却1hr，使得材料冷却到约150℃的温度。之后，从真空炉中取出材料以制造根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金。证实在该合金中没有观察到未时效γ相，因此(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示是100％。以上述相同方式通过X射线衍射测量强度比，发现该强度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于162％。

通过时效热处理，该材料的表面有些模糊(cloudy)。然而通过用抛光机精抛光，该材料可容易地被抛光。

实施例2-8和比较例1-4

制造根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金(实施例2-8)和比较合金(比较例1-4)，除了如表1所示改变时效热处理温度外，以和实施例1相同的方式进行评价。

结果如表1所示。

如下所述测量表1中的每种参数。通过对每种合金的表面施加X射线(CuKα线)并测量每个峰的比率来确定通过X射线衍射测量的强度比。

如下所述测定粉末的附着性。在上样品和下样品(30mm直径×10mm长度)的两个样品间涂布柠檬酸水合物粉末，从组件顶部施加490MPa的载荷。之后，移去上样品，求出上样品和下样品的粉末附着表面向下时附着的粉末的面积比(％)。

通过由合金样品制备模具，使用该模具成型树脂，重复该加工10000次，求出成型树脂(树脂成型产品)的废品百分率，来测定树脂成型性。

通过进行拉-压疲劳测试(循环频率不大于40Hz)测定在6×10⁶循环使样品断裂所必须的疲劳强度(MPa)来测定疲劳强度。例如，780MPa疲劳强度意味着当样品被以780MPa旋转锤击6×10⁶次时样品断裂。

通过在镜面加工到表面粗糙度Ra水平不大于1μm后测量存在于样品表面的缺陷比例来测定镜面加工性。在这种情况下，测量遵循由JIS G 0555的附加文献1具体规定的洁净度(cleanness)d(％)。具体地，在d60×400(视场数60和放大400倍)条件下进行测量。

合金X射线强度比^*1：Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100

粉末粘附性^*2：在加压测试中粘附的量/被压粉末量(％)(使用柠檬酸)

树脂模压性^*3：树脂成型的废品百分率(％)(10000次测试)

疲劳强度^*4：断裂循环数6×19⁶次时的强度

镜面加工性^*5：在JIS G 0555中具体规定的洁净度d(％)

实施例9-11和比较例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构成的Cr-Al-Ni基合金(下文称为“合金B”)替代“合金A”，如表2所示改变条件外，以与实施例1相同的方式制造和评价根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金(实施例9-11)和比较合金(比较例5-9)。结果如表2所示。

实施例12-14和比较例10-14

除了如表3所示改变固溶处理温度和时效热处理温度外，以和实施例1相同的方式制造和评价根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金(实施例12-14)比较合金(比较例10-14)。

结果如表3所示。

实施例15-30

除了在时效热处理前进行如表4或5所示的预处理加热外，使用和实施例1相同的合金组成制造根据本发明的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金(实施例15-30)并以和实施例1相同方式进行评价。结果如表4和5所示。

基于在实施例1-14和比较例1-10中获得的数据，

(i)测定(α相+γ′相+γ相)混合相面积比和脱模性、疲劳强度和镜面加工性间的关系(图1-图3)，和

(ii)测定X射线强度和脱模性、疲劳强度和镜面加工性间的关系(图4-图6)。

能从表1-5和图1-6所示的数据看出，当(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示不小于95％和由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％时，能获得具有优异脱模性、疲劳强度和镜面加工性的耐腐性合金。

Claims

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％。

2.根据权利要求1的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其满足下面要求：

(i)未时效γ相的平均晶粒直径(D)不大于500μm；和

(ii)未时效γ相平均晶粒直径(D)和在晶粒边界处析出的(α相+γ′相+γ相)混合相平均析出宽度(W)的总长度不大于2mm。

3.根据权利要求1或2的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其包含不小于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)，且余量由Ni(镍)、痕量元素和附带杂质构成。

4.根据权利要求1或2的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其包含不小于30重量％且不大于45重量％的Cr(铬)和不小于2重量％且不大于6重量％的Al(铝)，且余量由Ni(镍)、痕量元素和附带杂质构成。

5.根据权利要求3或4的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其中，部分Cr由选自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Zr、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％，且Mo和W的总替换量不大于10重量％。

6.由根据权利要求1-5的任一项的合金形成的高硬度、高耐蚀和高耐磨构件。

7.一种用于高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的材料，通过对该材料进行时效热处理能形成根据权利要求1-5的任一项的合金。

8.根据权利要求7的用于高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的材料，其中所述材料是固溶处理的材料，具有如下性质：由X射线衍射测量的强度比，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％，且晶粒直径不大于5mm。

9.制造高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法，所述方法包括对根据权利要求8的用于合金的材料进行时效热处理。

10.根据权利要求9的制造高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法，其中在500-850℃进行时效热处理。

11.根据权利要求9或10的制造高硬度、高耐蚀和高耐磨合金的方法，其中在进行时效热处理前，对所述材料进行(i)以不小于100℃/hr且不大于500℃/hr的温度升高速率将材料加热到400-700℃的预处理加热，和(ii)将材料在400-500℃的温度范围保持至少0.5hr的预处理加热。