高硬度耐食性の高いMIM材料

 

発売日：[2024/10/25]
 

440 Bと440 Cのマルテンサイトステンレス鋼はMIM製造でよく使われる材料だが、彼らの液相焼結の温度範囲は非常に狭く、焼結過程で変形、局所崩壊などの不良品が多い。

高硬度、耐食性の要求はMIM材料の選択を制限する

MIM部品は手動工具、切断研削工具（例えば工具、髭剃り、外科手術工具）、小金（例えば携帯電話部品）及び自動車エンジン中のガソリンノズル部品などの場合に応用される場合、通常、材料の硬度は55 HRCより大きく、また一定の耐食性が要求される。

MIMプロセスでは、これらの性能を満足できる材料は比較的少ない。通常は440 Bと440 Cのマルテンサイトステンレス鋼を使用しています。しかし、これらの材料は焼結しにくい、液相焼結の温度範囲は非常に狭く、これは同じ焼結炉で密度分布が不均一であり、寸法収縮の変化が大きく、部品の部分的な溶融崩壊を招いた。

変形および部分的な崩壊を低減するために、通常は440 Bと440 Cを固相焼結により孔閉鎖の中密度まで焼成し、さらに型なし熱などの静圧により緻密にすることで、追加のプロセスは製造全体の費用を大幅に増加させる。

注：HRCは150 Kg荷重と120°ダイヤモンドコーン圧入器を用いて求めた硬度であり、極めて硬度の高い材料に用いられる。打痕が浅いほど、HR値が大きくなり、材料の硬度が高くなります。

改良性マルテンサイトステンレス鋼440 C-Nb

改良型のマルテンサイトステンレス鋼「440 C-Nbが登場し、この合金にはより広い焼結窓がある。

440 C−Nb系は幅約25°Cの焼結窓を得ることができる（温度範囲は焼結密度が7.63 g／cm³以上で崩壊や部分溶融を起こさないように定義されている）。この温度範囲は標準的な工業焼結炉では、バッチ炉でも連続炉でも比較的容易に達成できる。

440 C-Nbにより広い焼結窓があるのはなぜですか。

440 C（1.0%C）焼結の過程で、温度が固相線温度1285°Cを超えると、次のような共晶反応が発生した：

γ＋M 7 C 3⇄液相

共晶反応により、瞬間的に7.5%の液相が形成された。温度の上昇に伴い液相の量は絶えず増加している：1289°Cの時、液相の量は10.5%で、1294°Cの時12.6%になった。

対応して、440 C-Nb（1.2%C）系の固相線温度は1281°Cで、440 Cより少し低いだけである。温度が固相線を超えると、液相は4%しか形成されず、温度が1294℃まで上昇し続けると、液相の量は依然として4%である（NbCの存在により、大量のCがNbCの形で固定され、γ＋M 7 C 3⇄液相共晶反応が抑制される）。温度が1350℃に上昇すると、液相線温度70℃を超え、440 C-Nbの液相含有量は440 C未満のままであった。

これは、440 C焼結が直面する問題をよく説明している：焼結炉中の異なる位置、または同じゼロ件の異なる位置のわずかな温度変化によって生じる液相の量が異なる。一方、440 C−Nb液相に対する量はより少なく、また温度の増加に伴い液相の増加は多くないため、このような問題はめったに発生しない。

要するに、この新しい材料はMIMプロセスに必要な高硬度耐食性の強い材料としてよく働くことができる。

注：固相線温度：溶融開始温度。