析出硬化系ステンレス「シリコロイ」の使い⽅
- 析出硬化系シリコロイは複合特性を同時に要求される場合に有効(特に硬度と耐⾷性)
- 熱処理設計の⾃由度が⾼い
- 熱処理条件の調整で硬度微調整が可能
- 局部的に⾼硬度化・軟化が可能
- 新たなプロセス設計で製品の⾼機能化が可能
析出硬化とは?
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- 素材
- 丸棒、鍛造材等
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- 固溶化熱処理
(溶体化熱処理) -
- 析出硬化(時効硬化)をする準備の熱処理
- 1050℃±20℃/急冷
- 固溶化熱処理
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- 1次加工
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- 硬度はHRC30~40程度と高くないため、加工が可能
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- 時効硬化熱処理
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- 微細な金属間化合物を析出させて硬化させる
- 460~500℃/空冷(高硬度化する場合)
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- 仕上加工
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- 研削加工、ラッピングなど
- 特に公差が厳しい箇所の微調整
- 析出硬化系は低温の熱処理で⾼硬度化が可能
- 熱処理⼨法変化が少ない
- 高温から急冷(水冷・油冷)するので、歪みや焼き割れが発生しやすい
- 寸法変化するため、仕上加工が必要
- 比較的低温からの空冷で、歪みや焼割れが発生しにくい
- 熱処理寸法変化が少ない
- 析出硬化系は460〜500℃で最⾼硬度を⽰す
- 時効硬化熱処理温度で硬度の微調整が可能
析出硬化系ステンレス「シリコロイ」とは?
- シリコロイ=シリコンアロイ(⾼ケイ素ステンレス)
- 複数の特性を兼ね備える
化学成分
- ⼀般的にはCにより焼⼊れ性を⾼める
- シリコロイはSi系⾦属間化合物を析出させて硬化
シリコロイは微細なSi系の金属間化合物を析出させることで、強度および硬度を出すメカニズムになります(簡単に言い換えれば、粘土状のマトリックスにビー玉のような硬質なものが埋まっているようなイメージ)。
シリコロイはHigh Si – Low C(高ケイ素-極低炭素)が特徴になります。
鋼種 | C | Si | Mn | Cu | Ni | Cr | Mo | 特殊元素 | Fe |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
シリコロイA2 | 0.02 | 3.5 | 1.0 | 1.0 | 6.5 | 10.7 | 0.4 | Nb | 残 |
シリコロイXVI | 0.01 | 3.6 | 1.0 | 1.0 | 6.5 | 10.5 | 1.5 | Co,Ti,他 | 残 |
SUS304 | 0.05 | 0.4 | 1.0 | 1.0 | 8.0 | 18.0 | – | – | 残 |
SUS420J2 | 0.36 | 0.5 | 0.4 | – | 0.2 | 12.6 | – | – | 残 |
SUS440C | 1.00 | 0.3 | 0.3 | – | – | 17.0 | – | – | 残 |
SUS630 | 0.05 | 0.0 | 0.9 | 3.3 | 4.0 | 17.0 | – | Nb | 残 |
SKD11 | 1.45 | 0.2 | 0.3 | – | 0.1 | 11.1 | 0.8 | V | 残 |
マルエージング鋼 | 0.01 | 0.03 | 0.02 | – | 18.2 | – | 4.9 | Co,Ti,Al | 残 |
機械的性質
- シリコロイXVI析出硬化系で最⾼硬度を有する(HRC56-58)
- XVI-過時効処理(550℃)の場合、⾼強度と伸びのバランスが良好
鋼種 | 熱処理 | 熱処理条件 | 引張強さ | 耐力 | 伸び | 硬度 |
---|---|---|---|---|---|---|
N/mm2 | N/mm2 | % | HRC | |||
シリコロイA2 | 固溶化熱処理 | 1050℃/WQ | 1100 | 974 | 10.2 | 35.0 |
時効硬化熱処理 | 480℃/AC | 1686 | 1506 | 1.8 | 51.0 | |
シリコロイXVI | 固溶化熱処理 | 1050℃/WQ | 1152 | 911 | 8.0 | 37.4 |
時効硬化熱処理 | 200℃/AC+460℃/AC | 1320 | – | 0.8 | 57.6 | |
過時効処理 | 550℃/AC | 1700 | 1622 | 5.6 | 51.2 | |
SUS304 | 固溶化熱処理 | 1050℃/WQ | 635 | 285 | 58.0 | 2.0 |
SUS420J2 | 焼⼊・焼もどし | 1025℃/GC、190℃/AC | 1890 | 1148 | 4.8 | 52.7 |
SUS440C | 焼⼊・焼もどし | 1025℃/GC、190℃/AC | 1853 | 1428 | 1.5 | 57.7 |
SUS630 | 時効硬化熱処理 | 480℃/AC(H900) | 1336 | 1298 | 12.0 | 43.9 |
SKD11 | 焼⼊・焼もどし | 1025℃/GC、190℃/AC | 1716 | 1524 | 1.0 | 60.7 |
マルエージング鋼 | 時効硬化熱処理 | 480℃/AC | 2029 | 1692 | 5.7 | 54.2 |
硬度と耐⾷性のバランス
硬度と衝撃値の関係
- 析出硬化系は時効硬化熱処理温度で機械的性質の微調整が可能
一般的に硬度を高めると靭性は低下します。析出硬化系シリコロイは熱処理条件を微調整することで、目的に応じた機械的を調整することができます。
鋼種 | 時効硬化熱処理 | 衝撃値 | 硬度 | 強度 | 耐⼒ | 伸び | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
J/㎠ | |||||||
2㎜Vノッチ | 10㎜Rノッチ | HRC | MPa | MPa | % | ||
シリコロイXVI | 固溶化熱処理 | 24.1 | 271.9 | 36.4 | 1152 | 911 | 8.0 |
200℃+460℃×12hr/AC | 3.9 | 10.0 | 57.2 | 1137 | – | 0.8 | |
480℃×8hr/AC | 4.5 | 10.5 | 57.3 | 1378 | 1317 | 0.7 | |
550℃×6hr/AC | 5.5 | 16.0 | 50.8 | 1700 | 1622 | 5.6 | |
580℃×6hr/AC | 5.9 | 43.5 | 49.3 | 1551 | 1458 | 9.5 | |
650℃×6hr/AC | 19.6 | 206.5 | 39.5 | 1237 | 849 | 15.8 | |
シリコロイA2 | 480℃×8hr/AC | 4.9 | 16.0 | 51.0 | 1868 | 1506 | 1.8 |
550℃×6hr/AC | 6.3 | 38.1 | 46.4 | 1369 | 1331 | 11.4 | |
620℃×6hr/AC | 19.6 | 348.9 | 39.6 | – | – | – | |
SUS630 | 480℃×3hr/AC | 48.3 | 366.0 | 43.9 | 1336 | 1298 | 12.0 |
SKD11 | 真空焼⼊・低温戻し | 5.9 | 32.4 | 60.7 | 1716 | 1524 | 1.0 |
SUS420J2 | 真空焼⼊・低温戻し | 10.5 | 79.3 | 52.7 | 1890 | 1148 | 4.8 |
SUS440C | 真空焼⼊・低温戻し | 6.3 | 39.3 | 57.7 | 1853 | 1423 | 1.5 |
析出硬化系ステンレス「シリコロイ」のオールラウンド性
析出硬化系シリコロイのオールラウンド性についてご説明するため、以下に各種試験結果の一例をご紹介します。
試験項目:摩耗試験(耐摩耗性、用途例)、耐熱性(高温硬度、高温強度、高温酸化性、高温疲労強度、用途例)
耐摩耗性
摩耗試験
- 析出硬化系は時効硬化熱処理温度で機械的性質の微調整が可能
耐摩耗性の評価方法として回転摩耗試験(ピン(ボール)・オン・ディスク)を実施しました。
固定されたディスクの表⾯でピン(ボール)を回転摺動させ、摩擦係数、試料の摩耗減量から摩擦摩耗特性を評価します。
耐熱性
⾼温硬度
⾼温強度
⾼温酸化性(900℃)
⾼温疲労強度(400℃)
新プロセス設計
析出硬化系シリコロイは熱処理設計の自由度の高さと、焼入型とのプロセスが異なることから以下のような新しいプロセス設計が可能です。
新プロセス技術:局部高硬度化(高周波熱処理の応用)、局部軟化処理(高周波熱処理の応用)、レーザー熱処理(レーザー熱処理)、局部高機能化(レーザークラッディング、シリコロイXVI単体、シリコロイXVI+WC粉末添加)、溶接補修技術
局部⾼硬度化
局部的に加熱する技術を利用することで、必要な箇所のみを高硬度化したり、軟化するこが可能です。
局部軟化処理
レーザー熱処理
局部⾼機能化
レーザークラッディング
肉盛りする材料(粉末)を供給しながらレーザーを用いて肉盛りする方法です。低入熱のため、低希釈・低歪・微細肉盛・薄い肉盛が可能。シリコロイはケイ素を多く含有するため、湯流れ性が良好でビードが滑らかに仕上がります。安価な素材に必要な箇所のみにシリコロイを使用することができます。
参考サイト:富士高周波工業株式会社
- レーザークラッディング(シリコロイXVI粉末+WC粉末)で耐摩耗性が格段に向上
- WC粒⼦が混在することで耐摩耗性が向上
粉末を混ぜながら溶接できるため、シリコロイ粉末に超硬のタングステンカーバイド(WC)粉末を添加することが可能です。硬質なWC粒子が混在するため、耐アブレッシブ摩耗に有効。摩耗試験では溶製材(丸棒、鍛造材)に比較し、摩耗量を低減できます。
溶接補修技術
- レーザー溶接(パルスレーザー光)を⽤いた⾼品質で精密な⾁盛溶接
- シリコロイの湯流れ性と新技術により、溶接補修性が向上
レーザー溶接(パルスレーザー光)を用いた高品質で精密な肉盛溶接が可能です。シリコロイ×新技術 で従来難しかった微細な局部溶接補修が可能になりました。
参考サイト:テラスレーザー株式会社