技術論文

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響
相川

芳和＊1・柳谷彰彦＊2

The Effct of V on Magnetic Properties and Mechanical Properties of FeCoV Alloy made by P/M process
Yoshikazu Aikawa, Akihiko Yanagitani

Synopsis: The effect of V on magnetic properties and mechanical properties of FeCoV Alloy made by P/M process wasstudied. Fe-49Co-2V alloy is well-known as the material providing high saturated magnetic flux density (Bs), So it
is used as electromagnetic parts, pole pieces of analysis machines and others. Generally it is made by castingprocess. But it is considered that the homogeneity of composition of a cast material is insufficiency in case ofusing as the pole pieces of high performanced analysis machines. Besides that, the addition of V to improve ofworkability decreases the softmagnetic properties.
As a result, Fe-Co-V alloy made by hot isostatic press (HIP), containing 0%,1.3% and 1.6% of V, could be hot
worked with no crack and be deformed uniform compared with cast material. Coersive force(Hc) of HIP material isfound to be much lower than that of cast material. Further more, microstructure of HIP material is very fine and thesegregation of composition is sufficientry low.
Key words: FeCoV Alloy; P/M process; Coersive force; Hot isostatic press; Saturated magnetic flux density
化により加工性が改善できればVの低減が可能となり，従１．緒言

来の鋳造品よりも良好な軟磁気特性を有する材料が製造可
Fe-50mass%Co合金は飽和磁束密度が大きい材料

１）能と考えられる。として古くから知られているが，室温における脆性が甚だし本研究ではFe-Co-V系合金の磁気特性および機械特性のいために加工性が劣り，あまり広い用途は無かった。その改善を目的として，ガスアトマイズ粉末−高密度成形プロ

要因としてはFig.1に示すように，Fe-50mass%Coは約，1000K以下で不規則（α）−規則（α ）
変態により脆性相がセス（粉末工法）により作製したFe-Co-V合金の材料特性現われるためと考えられている 。Fe-50%Co合金の加工告する。におよぼすVの影響について鋳造材と比較検討したので報２）

性が劣るという課題に対し様々な検討がなされ，2mass%程度のV添加と適当な熱処理によって不規則−規則変態が抑制され加工性が改善することが見出され ３），電磁部品，電磁石や分析機器の磁極材料等に使用されるようになった。
通常，Fe-Co-V合金は鋳造法により製造されるが，鋳造法では成分偏析があることから磁場分布の均一性にも問題があり，前述の磁極材料等に用いる場合にはその機器の精度に問題があった。また，加工性の向上を目的としたVの添加は，飽和磁束密度の低下，保磁力の増大につながり４），軟磁気特性の面から考えると好ましくない。
当社では以前から真空溶解−ガスアトマイズプロセスにより高純度の金属粉末を製造している。ガスアトマイズ粉末は微細均一な組織を有するため，高密度成形プロセスをFig.1 Phase diagram of Fe-Co alloys(Thaddeus B.Massalski:BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS)

併用することにより従来の鋳造法よりもさらに組織が微細で成分偏析も少ない成形体が得られる。また，組織の微細12

＊
＊

粉末事業部
粉末事業部

企画・開発グループ
企画・開発グループ長

52

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響

Fig.2に粉末成形工程を示す。N２ガスアトマイズにより

２．供試材および実験方法粉末を作製した後，篩により500μm以上の粉末を除去し２・１た。用いた粉末の粒度分布および外観の一例をFig.3に示供試材

本実験では粉末工法と鋳造法により作製したFeCoV合す。この粉末を内径80mm，高さ100mmの炭素鋼製の金金の特性を比較検討するために，V量を0%,1%,1.6%と属缶に真空封入し熱間等方圧プレス（HIP）を用いて圧力した供試材を作製した。Table1に本実験で用いたサンプ

150MPa，温度1453Kにて5hr保持して固化成形し供試

ルの成分分析値を示す。

材（以降HIP材と記述）とした。一方，鋳造材は所定の組Table1. Chemical compositions
mass%Fig.2

Schematic diagram of gas atomization - HIP process

Fig.3 Particle size distribution and SEM image of Fe-Co-V atomized powder

53

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響成となるよう原料を配合した後，セラミックス製ルツボ内また，磁気特性を評価するために供試材の外周部，中周部，で溶解してインゴットを作製し外径50mm，高さ100mm

中心部から外径12mm，内径8mm，高さ4mmのリング試験片の供試材（以降鋳造材と記述）とした。

を6個作製し，被膜銅線を印加側40ターン，検出側20ター

２・２ンで巻線したのちBHトレーサーにより最大磁場4kA/mに実験方法

それぞれの供試材の加工性を熱間加工性再現試験装置てその最大磁束密度（Bm）と保磁力（Hc）を測定した。

（加工フォーマスター）により測定した。外径8mm，高さ

３．実験結果12mmの試験片を用いて真空中で973K〜1323Kの温度範囲にて10min保持した後，加工率50%，歪速度30/sec

３・１における圧縮加工時の変形抵抗，ならびに試験終了後の外熱間加工性および被削性

Fig.4に加工フォーマスター試験終了後の圧縮試験片の観を確認した。さらにHIP材については旋盤加工を施し，外観を示す。HIP材はいずれの条件においても割れがなく，切削加工性および切り屑の外観を評価した。

変形も均一であることがわかった。一方，鋳造材は各供試材の組織は光学顕微鏡により観察した。組成の均V=0mass％の場合，いずれの温度でも割れがみられた。

一性はEPMA分析装置により評価した。

Fig.4 Appearance of specimens after hot processing

54

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響

V=1.3mass%以上の場合は明確な割れは認められなかっFig.7にHIP材（V=1.6%）を旋盤加工した後の切り屑たものの，HIP材と比較すると変形は不均一であった。

外観を示す。旋盤加工は超硬チップにて切削速度

Fig.5に各温度における最大変形抵抗を示す。HIP材と80m/min，送り0.75mm/回転，切り込み1mmの条件で行鋳造材に明確な差異は見られず，温度に対してほぼ同等のなった。本実験によるHIP材は切削加工が良好に行なえる挙動を示した。V量が0mass%の場合，1173Kまでは温ことを確認した。

度の増加に対して単調に低下した後ほぼ一定の値となった。一方，V量が1.3mass%および1.6mass%の場合，1223Kで若干変形抵抗が増加した。Fig.6に示すとおり，
Vを1.3〜1.6mass%程度添加した場合，1173K近傍でγ相が析出することから前述の温度域で変形抵抗の挙動に変化が見られたものと考えられる。

Fig.7

３・２

Appearance of chip after machining

磁気特性

Fig.8にBmに及ぼすV量の影響を示す。HIP材と鋳造材による差はほとんど見られず，いずれもV量の低減によりBmは増加し，V=0mass% の場合は，V=1.6mass%と比較して約５％程度Bmが増加することがわかった。なお，
Fig.5 Effect of temperature on maximum stress of
Fe-Co-V alloy

BmについてはHIP材，鋳造材ともに部位によるばらつきはほとんど見られなかった。
Fig.9に各供試材のHcを示す。HIP材と鋳造材のいずれもV量の低減によってHcが低下する傾向が見られた。また，同一のV量で比較するとHIP材のHcは鋳造材の1/2以下になることがわかった。
Fig.10にHcの部位によるばらつきを示す。本実験では各供試材について測定部位を変えてn=6で試験を行なっているが，その平均値に対する標準偏差の割合をばらつきと定義した。HIP材のばらつきははいずれのV量においても鋳造材と比較して1/3程度であり磁気特性の均一性が向上することがわかった。
３・３ミクロ組織

Fig.11にHIP材および鋳造材の光学顕微鏡によるミクロ組織を示す。HIP材の場合，V量が0mass％では100〜500μm程度の大きさの結晶粒からなっており，Vの添加に伴って結晶粒は微細化し，1.6mass%V添加では10μm〜100μm程度の大きさとなった。一方，鋳造材はHIP材と比較すると結晶粒は著しく大きくなることがわかった。
Fig.12に1.6mass%VについてEPMAによるFe,Vの組成
Fig.6 Binary phase diagram of Fe-Co-V alloys
containing Fe/Co=1/1(Bozoroth:Ferromagnetism)

分析の結果を示す。HIP材はいずれのV量においても均一な組成分布を示しているが，鋳造材の場合は偏析が明瞭に認められた。

55

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響

４．HIP材の優位性に関する考察
ガスアトマイズ−HIP法と鋳造法を比較した場合，HIP法は特に磁気特性におけるHcが低く，部位によるばらつきも小さいことがわかった。また，Vを0mass% にした場合においても良好な加工性を有していることが確認できた。HIP材の磁気特性のばらつきが低いのは，Fig.12のEPMAの結果にも示したとおり，組成変動による磁気特性の変化が小さいことに起因しているものと考えられる。また，HIP材の熱間加工性が良好であったのは，結晶粒が微細化された効果によるものと考えられる。
一方，結晶粒径の微細化によりHcは増加すると言われており，これは磁化の反転が結晶粒界により妨げられることが要因と考えられている５）。本実験結果では結晶粒が微Fig.8 Effect of V in Fe-Co alloy on saturated
magnetic flux density (Bs)

細であったHIP材の方が鋳造材よりもHcが低いことがわかったが，これについて磁気特性の組成依存性の観点から考察した。
Fig.13にFeCo系合金の最大透磁率（μm），初透磁率（μ0）におよぼすCo量の影響を示す。μm, μ0はいずれもCo-50mass%Fe近傍でピークとなり，若干の組成変動で大きく減少することがわかる。μの増加とHcの低下は同義であると考えられるので，HcはFe-50mass%Coをピークとして若干の組成変動で大きく増加すると考えられる。また，Fig.9の結果ではV量の増加によってもHcは低下することが確認できている。鋳造材は組成偏析が大きく，ミクロ的にみるとHcが最も低い組成から外れた組成で構成されているものと想定される。一方，HIP材は成分偏析が少ないためにμがピークとなる成分範囲になっていることがHcが低い要因と考えられる。

５．結言
Fig.9 Effect of V in Fe-Co alloy on coercive force (Hc)
Fe-Co-V合金の加工性および磁気特性におよぼすV量の影響について，HIP法と鋳造法を比較した結果，本実験条件範囲内で以下のことを明らかにした。
（熱間加工性）
HIP材はいずれの加工条件においても割れがなく，変形も均一であることがわかった。一方，鋳造材はV=0mass％の場合はいずれの温度でも割れがみられた。
V=1.3mass%以上の場合は明確な割れは認められないものの，HIP材と比較すると変形は不均一であった。
（磁気特性）
HIP材と鋳造材のいずれもV量の低減によってBmは最大5％程度増加し，Hcは低下することがわかった。また，同一のV量で比較するとHIP材の方がより低Hcであった。また，HIP材の磁気特性のばらつきは鋳造材と比較して1/3程度であった。
Fig.10 Effect of V in Fe-Co alloy on variation of Hc

（組織）

56

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響Fig.11

Microstructures of Fe-Co-V alloy

Fig.12 Composition mapping of Fe,V by EPMA

57

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1

INITIAL PERMEABILITY, μo

MAXIMUM PERMEABILITY, μm

P/M法によるFeCoV合金の磁気特性および機械特性に及ぼすVの影響

PER CENT COBALT IN IRON

Fig.13 Initial and maximum permeabilities of Fe-Co alloys (Bozoroth:Ferromagnetism)5）金子秀夫,本間基史：磁性材料，社団法人日本金属学会，（1977），90

HIP材は鋳造材と比較して結晶粒が著しく微細で，EPMAの結果では組成偏析も十分に小さいことを確認できた。

■著者

６．参考文献1）中島陽三：三菱電機技報，37（1963），292）Bozorth：Ferromagnetism，D. Van Nostrand Company, Inc.，（1951），1903）Richard W. Fountain and Joseph F.Libsch：Jounal of Metals，

相川芳和

柳谷彰彦

（1953），349
4）Bozorth：Ferromagnetism，D. Van Nostrand Company, Inc.，（1951），20058

Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1