[发明专利]低热膨胀合金

说明书

一种低热膨胀合金，是具有高刚性、低热膨胀率的合金，其特征在于，以质量％计含有C：0.040％以下、Si：0.25％以下、Mn：0.15～0.50％、Cr：8.50～10.0％、Ni：0～5.00％、Co：43.0～56.0％、S：0～0.050％、和Se：0～0.050％，余量为Fe以及不可避免的杂质，Ni、Co、Mn的含量[Ni]、[Co]、[Mn]满足55.7≤2.2[Ni]+[Co]+1.7[Mn]≤56.7，组织为奥氏体单相。

技术领域

本发明涉及具有高的杨氏模量的低热膨胀合金。

背景技术

作为电子学和半导体相关设备、激光加工机、超精密加工设备的部件材料，广泛使用在热学上稳定的因瓦(Invar)合金。可是，以往的因瓦合金存在杨氏模量较小、为一般钢材的二分之一左右的问题。因此，需要进行增厚成为对象的部件的壁厚等的高刚性化设计。

在专利文献1中，作为耐玻璃腐蚀性优异的光学玻璃透镜压制成形用低热膨胀Co基合金制模具，公开了一种具有高的弹性系数、且线热膨胀系数为2～8×10^-6/K的合金。该合金期望具有使[111]的晶体取向沿模具的压制轴取向的单晶组织。

专利文献2为一种在低于－50℃的极低温区域中显示与常温附近同等的优异的低热膨胀特性的低热膨胀Co基合金。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003－81648号公报

专利文献2:日本特开2009－227180号公报

发明内容

专利文献1所公开的合金具有2～8×10^-6/K这一比较低的热膨胀系数，但为了作为超精密加工设备的部件材料使用而需要更低的热膨胀系数。另外，由于专利文献1所公开的合金为单晶，因此存在制造花费时间的缺点。

专利文献2所公开的合金在低于－50℃的极低温区域显示优异的热膨胀特性，但因组织由三相组织构成，因此组织变得不稳定，在－150℃以下开始马氏体相变，热膨胀特性丧失，因此能够使用的温度环境被限制。例如存在极寒冷地区、月球表面、近年的电波望远镜等的精密设备的使用温度的极低温化等问题。

本发明的课题是解决上述的问题，提供能够通过通常的铸造来制造，且具有高的杨氏模量、低的热膨胀系数，而且具有即使在低温下也稳定的组织的低热膨胀合金及其制造方法。

本发明人锐意研究了获得兼备高的杨氏模量和低的热膨胀系数，而且具有即使在低温下也稳定的组织的低热膨胀合金的方法。其结果发现，特别是通过将Ni、Co、Mn的含量最佳化，能够得到同时具有高的杨氏模量和低的热膨胀系数，而且即使在低温下也稳定的低热膨胀合金。

在通常的低热膨胀合金中，通过成分组成的调整，也能够某种程度地调整杨氏模量和热膨胀系数。可是，杨氏模量和热膨胀系数大体存在折衷的关系。即，存在若杨氏模量变高则热膨胀系数也变大的关系，以往的Fe－Ni或者Fe－Ni－Co合金在高杨氏模量化上存在极限。

本发明人发现，在低热膨胀合金中，通过将Fe－Co－Cr合金的成分组成最佳化，即使在小的热膨胀系数下杨氏模量也提高。而且发现，由于奥氏体成为即使在－196℃以下的低的温度下也稳定的组织，因此即使是极寒冷地区、极低温的使用环境化，也不会进行马氏体相变而丧失低热膨胀特性。

本发明是基于上述的见解而完成的，其主旨如下。