專利名稱：：轉(zhuǎn)軸用合金、馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸及馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)軸構(gòu)合金，如制造馬達(dá)轉(zhuǎn)軸所用的合金材料。尤其涉及適于電腦等硬盤驅(qū)動(dòng)器的主軸馬達(dá)、風(fēng)扇馬達(dá)、或各種家用電器產(chǎn)品及精密儀器中應(yīng)用的馬達(dá)等的轉(zhuǎn)軸用材料，可切削性(切削的容易程度)優(yōu)良的無磁性奧氏體不銹鋼。并且，本發(fā)明涉及由這種奧氏體不銹鋼制造的轉(zhuǎn)軸、以及由該轉(zhuǎn)軸制造的步進(jìn)馬達(dá)等的馬達(dá)。
背景技術(shù)：
：直至目前，為避免由于馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸材料受馬達(dá)》茲體影響而使轉(zhuǎn)軸具有磁性從而影響旋轉(zhuǎn)性能，選用具有奧氏體組織的無磁性不銹鋼作為轉(zhuǎn)軸材料。作為其代表的SUS303Cu，由于具有優(yōu)良的耐腐蝕性及可切削性而適于作為轉(zhuǎn)軸用材料。但是，由于SUS303Cu中含有近年來價(jià)格上漲的Ni，隨著成本的提高產(chǎn)生了不經(jīng)濟(jì)的缺點(diǎn)。此外，作為SUS303Cu的替代材料，已知有由日本特公昭54-20444號(hào)公報(bào)公示的奧氏體不銹鋼。而，作為奧氏體不銹鋼之外的其它具有無磁性的鋼鐵材料，雖然有例如日本特公昭56-8096號(hào)公報(bào)、日本特開平7-126809號(hào)公報(bào)等公開的高M(jìn)n鋼等材料，但是這種材料存在加工硬化性大、可切削性差的缺點(diǎn)。對(duì)于一般的鋼鐵材料，作為改善可切削性的元素已知Pb或S，從環(huán)境保護(hù)觀點(diǎn)出發(fā)Pb不優(yōu)選。而，已知若將S添加至高M(jìn)n鋼，可形成MnS從而提高可切削性。但是，對(duì)于提供適于馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸且不使用高價(jià)Ni的無磁性奧氏體不銹鋼尚未充分研究。因此，作為SUS303Cu替代材料，希望對(duì)鋼鐵材料中具有無磁性的奧氏體不銹鋼進(jìn)行研究。發(fā)明概述本發(fā)明鑒于上述情況而做出，其目的在于提供適于作為馬達(dá)轉(zhuǎn)軸用合金的無;茲性奧氏體不銹鋼，所述不銹鋼不使用高價(jià)的Ni，且不使用可有效改善可切削性的Pb元素，通過在確保無》茲性的同時(shí)具備可切削性且具有適當(dāng)?shù)挠捕龋瑥亩岣吣途眯圆⑶乙种瞥杀咎岣?。而且，本發(fā)明的目的在于提供由所述合金制造的馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸，進(jìn)而提供應(yīng)用所述轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)馬達(dá)等的馬達(dá)。本發(fā)明人努力開發(fā)可達(dá)成上述目的的合金，在制造無磁性奧氏體不銹鋼時(shí)，通過相對(duì)于添加量在特定范圍的Cu,添加適量的Mn及適量的S，并進(jìn)一步分別添加適量的C、Si、Cr、N，發(fā)現(xiàn)在確保具備無磁性的同時(shí)可提高材料的可切削性。本發(fā)明的無磁性奧氏體不銹鋼基于上述認(rèn)識(shí)，其特征在于，以重量比計(jì)，含有Cu:1.5-3.5%且含有Mn:8.5-9.5%,還含有C:0.18-0.22%、Si:0.5-1.0%、Cr:16.5-17.5%、N:0.15-0.2%、S:0.13-0.3%,剩余部分為Fe及不可避免地混入的雜質(zhì)。如下，對(duì)本發(fā)明化學(xué)成分(元素)的含量的依據(jù)進(jìn)行說明。下述％為重量比。本發(fā)明中的下述成分之外的剩余部分為Fe及不可避免地混入的雜質(zhì)?！鯟(碳)0.18-0.22%C為強(qiáng)有效的奧氏體生成元素，是一種對(duì)于提高強(qiáng)度有效的元素，但需要注意的是，若其含量增加則易導(dǎo)致材料耐腐蝕性下降。且，必須考慮到所需要的加工性及可切削性。鑒于這些，以確保強(qiáng)度提高為下限，以確保耐腐蝕性和加工性或可切削性為上限。■Mn(錳)8.5-9.5%Mn為一種替代Ni生成無磁性奧氏體組織的元素，是一種用于保證低磁導(dǎo)率的最重要的元素。為了獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，本發(fā)明中，使Mn含量為較高的值。而且，為了使合金在磁導(dǎo)率為1.01以下時(shí)具有穩(wěn)定的無磁性，依據(jù)表l及圖l，Mn的含量必須為8.50/。以上。且，依據(jù)表l、表3及表4，若Mn含量超過9.5。/。，可產(chǎn)生銹點(diǎn)而導(dǎo)致耐腐蝕性降低，且，與Mn含量為9.5%以下的材料相比，加工硬化增大。并且，雖然Mn與Ni相比更為廉價(jià)，但為了有助于降^f氐生產(chǎn)成本，希望將Mn含量控制在9.5。/。以下?！鯟u(銅)1.5-3.5%添加Cu有助于降低材料磁導(dǎo)率，可取得明顯效果的最低Cu含量為1.5%。而且，Cu含量在3.5。/。以上時(shí)不能確認(rèn)更高的效果，為防止熱軋過程中產(chǎn)生斷裂，將Cu含量的上限定為3.5%?！鯯i(硅)0.5-1.0%Si為脫氧劑，尤其是作為冶煉時(shí)的脫氧劑的必需元素，隨著Si的增多可導(dǎo)致耐腐蝕性及冷軋加工性降低。因此，將可發(fā)揮脫氧劑效果的0.5%定為Si含量下限，在確保耐腐蝕性及冷軋加工性上將1.0%定為Si含量上限?！鯟r(鉻)16.5-17.5%Cr是用于形成鈍化膜(不動(dòng)態(tài)皮膜)、提高耐腐蝕性的必需元素,并且是強(qiáng)有效的生成鐵素體的必須元素。若Cr含量不足16.5。/。，易導(dǎo)致耐腐蝕性不足，另一方面，若Cr含量超過17.5。/。，形成的奧氏體相不穩(wěn)定。因此，將Cr含量定為16.5-17.5%。,N(氮):0.15-0.2%N是強(qiáng)有效的奧氏體生成元素，且有助于提高硬度。為了將N添加到合金中，在充滿N氣的熔煉爐中熔化合金，然而在正常大氣壓下的熔煉爐中，N的含量也可達(dá)到0.15-0.20%。若N含量不足0.15%,奧氏體穩(wěn)定性不足，而，若N含量超過0.2。/。，則可能產(chǎn)生氣孑L(:/口一)。另外，在正常大氣壓下欲使N含量超過0.2。/。，必需應(yīng)用特殊儀器裝置，因而導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。因此，本發(fā)明中N含量定為0.15-0.2%。■S(硫)0.13%-0.3%S元素與Mn等元素一同形成疏化物，由于這些硫化物分敉存在于鋼材中，因此可降低切削抵抗，但是若S元素含量超過0.3。/。，可降低機(jī)械的強(qiáng)度及熱軋加工性。并且若S元素含量不足0.13。/。，降低切削抵抗的效果小，因此將S元素含量定為0.13%-0.3%。以上各元素為本發(fā)明合金的必須成分，除此之外本發(fā)明的合金中還可能含有以下成分?！鯬(磷)0.045%以下若P元素含量高，則易因晶界偏析等導(dǎo)致耐腐蝕性、加工性、韌性降低，若含量超過0.045%,這些特性顯著降低。因此將P含量定為0.045%以下。上述為涉及本發(fā)明的馬達(dá)的無磁性奧氏體不銹鋼的成分，所述合金可由將各成分混合后熔融等的方法獲得，批量生產(chǎn)作為轉(zhuǎn)軸的原材料的線材及棒材時(shí)，可于熔煉爐中將熔融的鋼材經(jīng)分塊、熱軋、冷軋、退火、酸洗等^oi藝制造，可在0-20%加工率的范圍內(nèi)出貨。因此，要求即便加工率變化磁導(dǎo)率〃仍在1.01以下。本發(fā)明包括以所述合金制造的馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸、及應(yīng)用所述轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)馬達(dá)等的馬達(dá)。依據(jù)本發(fā)明，通過相對(duì)于添加量在特定范圍的Cu,添加適量的Mn及適量的S,并進(jìn)一步分別添加適量的C、Si、Cr、N，能可靠地獲得不含有Ni元素的具備無磁性的奧氏體組織，而且通過含有適量的S可提高可切削性，更通過應(yīng)用價(jià)格低廉的Mn替代Ni而具有降低無磁性奧氏體不銹鋼生產(chǎn)成本的效果。附圖的簡單說明圖1為舍夫勒(、乂工7，一)組織圖。實(shí)施例如下，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。根據(jù)圖l所示舍夫勒組織圖，研究探討為了形成奧氏體單相的C、Cr、Mn等各合金成分的添加量，將如表1所示的化學(xué)成分(％重量)的各供試材料于真空熔煉爐中熔解，得到20Kg的各供試材料No.l-5。而各供試材料No.1-5均含有如表1所示的化學(xué)成分之外的作為剩余部分的Fe及不可避免地混入的雜質(zhì)。表l供試材料的化學(xué)成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表l中，No.2與No.3為本發(fā)明的實(shí)施例，No.l及No.4-No.6為本發(fā)明之外的比較實(shí)施例。No.l的供試材料為添加0.95。/o的Cu量、8.53%的Mn量的材料。No.2供試材料為添加1.93。/。的Cu量、8.8。/。的Mn量的材料。No.3供試材料為添加2.97。/。的Cu量、8.89。/。的Mn量的材料，增加了Cu的添加量。No.4供試材料為添加1.93。/。的Cu量、8.08。/。的Mn量的材料。No.5供試材料為添加1.95。/。的Cu量、10.1P/。的Mn量的材料，增加了Mn的添加量。No.6供試材料為添加1.95。/。的Cu量、11.140/o的Mn量的材^f,增加了Mn的添加量。此外，再次將本發(fā)明材料的開發(fā)點(diǎn)顯示于如下4點(diǎn)(a)即使只進(jìn)行20%的加工，磁導(dǎo)率a仍在1.01以下。(b)添加N,以穩(wěn)定奧氏體。(c)添加Cu及Mn,以避免^茲導(dǎo)率的上升。(d)添加S，以改善可切削性。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例No.2及No.3、與比4交例No.1、No.4、No.5及No.6，對(duì)由加工率引起的磁導(dǎo)率變化及加工率與硬度的關(guān)系，分別進(jìn)行測定。結(jié)果分別如表2、表3所示。而此處所涉及的加工率由下式求算((加工前原材料的橫斷面積-加工后原材料的橫斷面積)/(加工前原材料的橫斷面積))x100(。/。)。例如，將橫斷面積為100cn^的棒材拉拔加工，得到橫斷面積為80cn^的棒材時(shí)，意味著加工率為20%。而且，將原供試材料通過拉拔加工而縮徑，加工率變化為5%、10%、15%、20%。表2加工率(5%、10%、15%、20%)與磁導(dǎo)率的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3加工率(0%、5%、10%、15%、2(T/o)與硬度(HV)的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將各供試材料No.l-No.6依據(jù)JISZ2371進(jìn)行鹽水噴霧試驗(yàn)。結(jié)果如表4所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>依據(jù)表1及表2,在Cu的添加量少于1.5。/。的供試材料No.1的情況下，隨著加工率的增加，》茲導(dǎo)率;/增加至1.01以上；在雖然Cu的添加量多于1.5%,然而Mn的添加量為8.5。/。以下的供試材料No.4的情況下，隨著加工率的增加，》茲導(dǎo)率A增加至1.01以上。一方面，Cu的添加量為1.5-3.5%，且Mn的添加量多于8.5。/。的供試材料No.2、No.3、N0.5及No.6中，加工率即便達(dá)到20%，也可與SUS303Cu—樣，滿足磁導(dǎo)率^/<1.01。但是，依據(jù)表4的鹽水噴霧試驗(yàn)結(jié)果可知，若Mn的添加量為10.11%以上則產(chǎn)生銹點(diǎn)，耐腐蝕性變差。而依據(jù)表3可知，若Mn的添加量為10.11。/。以上，與Mn的添加量為8.5。/。-9.5。/。的供試材料相比，加工硬化顯著增大。如上所述，批量生產(chǎn)作為轉(zhuǎn)軸原材料的線材及棒材時(shí)，于熔煉爐中將熔融的鋼材經(jīng)分塊、熱軋、冷軋、退火、酸洗等各工藝制造，可在0-20%加工率的范圍內(nèi)出貨。因此，即便加工率變化，仍然可使磁導(dǎo)率p在1.01以下。其次，為了對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例No.2及No.3、與比較例No.l、No.4、No.5及No.6的可切削性進(jìn)行研究，在車削加工中應(yīng)用涂層硬質(zhì)合金刀片(超硬〕一亍,V夕、'千:yy)測定切削抵抗。此時(shí)測定的主切力如表5所示。所使用的工具分為高M(jìn)n鋼用與不銹鋼用兩種。表5中，供試材料No.5與No.6顯示出高主切力值，其原因?yàn)橛捎谒龉┰嚥牧现蠱11的添加量為9.5%以上，加工硬化大。另一方面，雖然供試材料No.l-No.4顯示出比SUS303Cu高的主切力值，但是在此程度上對(duì)切削而言無大問題產(chǎn)生。另外，若添加S元素，其與錳元素一同生成的硫化物(MnS)分散至鋼鐵材料中，結(jié)果產(chǎn)生降低切削抵抗、改善可切削性的效果。而供試材料No.2與No.3對(duì)于所有刀片均具有良好的可切削性，易于選擇刀片。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本發(fā)明涉及的無磁性奧氏體不銹鋼，依據(jù)表1及表2，從磁導(dǎo)率的觀點(diǎn)出發(fā)，為降低磁導(dǎo)率，將Cu含量添加至1.5。/。以上，而為防止在熱軋過程出現(xiàn)斷裂，使Cu含量為3.5。/。以下。而依據(jù)表3及表5，從可切削性的觀點(diǎn)出發(fā)，以Mn較少為佳，但Mn降至7。/。時(shí)無》茲性能消失，而且從表4的耐腐蝕性的觀點(diǎn)出發(fā)，使Mn含量為8.5-9.5%。雖然作為奧氏體穩(wěn)定元素的N越多越好，考慮到大氣中N的溶解限度，使N含量為0.15。/o-0.2。/c)。參考Mn含量及N含量，為進(jìn)入圖1的Scheffle組織圖的奧氏體區(qū)域，使C、Cr、Si的含量如下:C:0.18-0.22%、Cr:16.5-17.5%、Si:0.5-1.0%。為形成MnS，將S含量添加至0.13。/。以上,為防止在熱軋過程中發(fā)生斷裂，使S含量為0.3。/。以下。而且，由于有發(fā)生晶界偏析而脆化的可能，使P含量為0.045%以下。本發(fā)明的無磁性奧氏體不銹鋼適于作為一般的馬達(dá)轉(zhuǎn)軸，而在馬達(dá)中、尤其對(duì)于步進(jìn)馬達(dá)，近年來小型化趨勢顯著，例如計(jì)劃提出直徑3mm或6mm的超小型馬達(dá)等。由于這種馬達(dá)中轉(zhuǎn)軸極小，加工的容易度尤其重要，因此需要材料具有良好的可切削性。而由于還必須確保小轉(zhuǎn)軸具有必要的強(qiáng)度，所以需要材料具有適宜的硬度。因此，本發(fā)明涉及的無磁性奧氏體不銹鋼具有無磁性，是可切削性及強(qiáng)度優(yōu)良、與傳統(tǒng)材料相比可降低成本的材料，非常適用于大量生產(chǎn)的步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸。此外，本發(fā)明的合金不限于制備步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸，當(dāng)然也可適用于作為其他各種精密電子儀器的旋轉(zhuǎn)軸加工用的無石茲性鋼材。權(quán)利要求1.無磁性奧氏體不銹鋼，其特征在于，以重量比計(jì)，含有Cu1.5-3.5％、Mn8.5-9.5％、C0.18-0.22％、Si0.5-1.0％、Cr16.5-17.5％、N0.15-0.2％、S0.13-0.3％，剩余部分為Fe及不可避免地混入的雜質(zhì)。2.馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸，其特征在于，由權(quán)利要求l的無磁性奧氏體不銹鋼形成。3.馬達(dá)，其特征在于，使用權(quán)利要求2的轉(zhuǎn)軸。4.權(quán)利要求3的馬達(dá)，其特征在于，所述馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá)。全文摘要本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)軸用合金、馬達(dá)用轉(zhuǎn)軸及馬達(dá)，所述合金為無磁性奧氏體鋼，以重量比計(jì)所述鋼含有C0.18-0.22％、Si0.5-1.0％、Mn8.5-9.5％、Cr16.5-17.5％、N0.15-0.2％、Cu1.5-3.5％、S0.13-0.3％，剩余部分為Fe及不可避免地混入的雜質(zhì)。文檔編號(hào)C22C38/38GK101545075SQ20091000168公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2009年1月8日優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日發(fā)明者山田廣志申請(qǐng)人:美蓓亞株式會(huì)社