專利名稱：用于電子槍部件和沖壓電子槍部件的鐵－鎳合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改善了沖壓特性，適于用作電子槍部件，例如用于電子槍的電極的Fe-Ni合金，并還涉及沖壓的電子槍部件，典型地為電子槍電極，是通過將這種合金制成坯料和在該坯料上打出作為電子束通道的小孔而得到。
圖1表示已有技術(shù)遮蔽屏型彩色顯象管的剖面圖。面板1的背面涂有磷光膜2，該膜產(chǎn)生紅，綠，和藍(lán)三原色。在頸部裝有發(fā)射電子束3的電子槍4。電子束3由一偏轉(zhuǎn)線圈5掃描偏轉(zhuǎn)。數(shù)字6表示遮蔽屏而數(shù)字7表示磁防護(hù)屏。
圖2，(a)和(b)分別為電極10的透視圖和剖面圖，該電極作為欲安裝在電子槍4中的沖壓部件的一個例子。電極10起作使從電子槍中的陰極發(fā)射的電子加速的作用。電極具有經(jīng)精壓和沖壓制成的小孔10a，10b，和10c，從而使產(chǎn)生的紅，綠，和藍(lán)顏色的電子束分別通過此小孔。
一般地，用于顯象管的電子槍部件等是將厚約0．05-0．5mm，非磁性的不銹鋼薄板經(jīng)制坯和沖壓(以下只稱為沖壓)，經(jīng)或不經(jīng)精壓而制成的。
非磁性的不銹鋼作為通常用于顯象管電子槍等部件的材料是已知的。在加速從電子槍中的陰極發(fā)射出來的電子的電極10的情況下，長久以來要求其作為非磁性量度的導(dǎo)磁率接近于1。不過，近來對熱膨脹性比對導(dǎo)磁率更為重視。隨著近年來用于計(jì)算機(jī)顯示器的更精致的，性能更高的顯象管等的問世，已經(jīng)注意到，由于電極部件熱膨脹的微小尺寸改變會影響面板1(見圖1)上的圖象質(zhì)量(色彩純度)。為克服這個問題，具備低膨脹性的Fe-Ni合金，主要是Fe-42％Ni合金(42合金)，已作為電極材料使用。
不過，現(xiàn)有技術(shù)的42合金存在形成毛刺的問題。即，當(dāng)42合金電極坯料用小孔10a，10b，和10c的沖模沖擊每一個孔時，在沖頭迫使坯料向下，并將其從坯料上切下來之處的孔的邊緣10e形成毛刺B(見圖2)。沖壓產(chǎn)生的毛刺對電子槍部件的尺寸精度造成不利影響，而該尺寸是必須滿足嚴(yán)格的精度要求的。由于耐受電壓降低，高壓下毛刺的異常放電通常證明對電子槍是致命的。對高精度顯象管的追求，使得對減少電子槍部件毛刺的要求越來越苛刻。
例如，在日本申請Kokai Nos．6-122945，6-184703，7-3400，和7-34199中，迄今一直建議對Fe-Ni合金沖壓性能進(jìn)行改善。
在這些建議中，No．6-184703規(guī)定S含量在0．002-0．05％的范圍內(nèi)，并且S或S的化合物沿合金坯料的晶界或在晶粒內(nèi)分散。不過，按照現(xiàn)代沖壓加工，認(rèn)為僅按規(guī)定百分比添加易切削元素S，不足以將毛刺控制在最精確的技術(shù)規(guī)范中。
其余的Nos．6-122945，7-3400，和7-34199建議向該合金添加強(qiáng)化元素像Ti，Nb，V，Ta，W，或／和Zr，用于提高其硬度和適當(dāng)程度的脆性，以便抑制毛刺。不過，這些作法也產(chǎn)生了問題，即提高硬度會縮短沖壓模壽命，及增加這類特殊元素則提高了成本。
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，和提供用于電子槍部件的一種Fe-Ni合金，該合金改善了沖壓特性，而不產(chǎn)生縮短沖壓模壽命或不因特殊元素增加額外的開支，還提供由電子槍電極代表的，由此合金沖壓制造的，用于電子槍的沖壓部件。
本發(fā)明人已深入研究了夾雜化學(xué)成分對沖壓特性的影響。結(jié)果，發(fā)明人通過將S和O的含量控制在規(guī)定范圍內(nèi)來控制夾雜物的組成，改善了用于電子槍部件的Fe-Ni合金的沖壓特性，成功地解決了上述問題。更明確地是，根據(jù)詳細(xì)研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，用于改善沖壓特性最有效的夾雜物是MnS，并且MnS的數(shù)量和分布受共存的氧化物型夾雜物的影響較S的含量為甚。依據(jù)本發(fā)明人的進(jìn)一步詳細(xì)研究，當(dāng)這種氧化物型夾雜物存在時，預(yù)期形成MnS的Mn和S與此氧化物型夾雜物結(jié)合在一起，從而不使改善沖壓特性最有效的MnS充分地析出。因此，就電子槍部件上生成毛刺而論，通過滿足兩個條件，即將形成氧化物型夾雜物的元素含量控制在一適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)和加入適量的S，本發(fā)明第一次可提供滿足嚴(yán)格要求的材料。此外，根據(jù)本發(fā)明，避免了附帶的沖壓模壽命的縮短和特殊元素的額外費(fèi)用。
根據(jù)上述認(rèn)識完成了本發(fā)明。這就是說，本發(fā)明提供了一種用于電子槍部件的Fe-Ni合金和用上述Fe-Ni合金制造的沖壓電子槍部件，該合金包括以重量百分比計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量基本上是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，按JIS G 0551晶粒度級數(shù)，將該合金的晶粒度規(guī)定為不小于7．0的范圍是更有效的。因此，本發(fā)明進(jìn)一步提供用于電子槍部件的Fe-Ni合金和由Fe-Ni合金制造的沖壓電子槍部件，該合金包括以重量％計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．0200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量基本上是Fe和不可避免的雜質(zhì)，晶粒度不小于7．0 JIS G 0551晶粒度級數(shù)。
其中，該電子槍部件的典型例子可以是電子槍電極。
下面，將解釋限制上述數(shù)字的理由和本發(fā)明的效果。在以下解釋中，″％″含意是″重量％″。
(Ni)Ni是一種重要元素，決定著Fe-Ni合金的熱膨脹特性。如果它的含量少于30％或大于55％，則合金由于具有過高的熱膨脹系數(shù)而不合要求。因此Ni的含量被限制在30-55％的范圍內(nèi)。
(S)S與Mn形成MnS，MnS改善了沖壓特性。S的合適的含量范圍受到不可避免地殘留在該合金中的氧化物型夾雜物的影響。根據(jù)本發(fā)明人的研究，考慮到氧化物型夾雜物的影響，S含量不應(yīng)少于0．0010％。另一方面，S加入量超過0．0200％，則不能期待沖壓特性的進(jìn)一步改善。因此，S的含量限制在0．0010-0．0200％范圍內(nèi)。
(Mn)Mn與S形成MnS，MnS改善了上述沖壓特性。為了形成足夠量的MnS，Mn含量為至少0．1％。另一方面，Mn含量超過0．8％，Mn則與不可避免的殘留O結(jié)合，從而容易析出不希望的氧化物型夾雜物。因此，Mn的含量被限制在0．1-0．8％范圍內(nèi)。
(Si)Si主要用作脫氧劑，殘留Si的含量應(yīng)在0．3％內(nèi)。這就是說，如果殘留Si的含量超過0．3％，則殘留氧化物型夾雜物的量就會很高，此合金就因具有很高的殘留氧化物型夾雜物而不合要求。
(Al)Al也用作脫氧劑，殘留Al的含量應(yīng)在0．05％內(nèi)。如果殘留Al的含量超過0．05％，則殘留氧化物型夾雜物的量就會很高，此合金就因具有很高的殘留氧化物型夾雜物而不合要求。
(O)O形成氧化物型夾雜物。根據(jù)本發(fā)明的目的，為了控制殘留氧化物型夾雜物的量，O含量不得超過0．005％。O含量最好不應(yīng)超過0．003％。
除了上述元素外，該合金還含F(xiàn)e和不可避免的夾雜物。不可避免的夾雜物可以是常規(guī)雜質(zhì)，C，P，Cr或Co。這些雜質(zhì)對熱膨脹性是有害的。因此，雜質(zhì)總量應(yīng)在10-2000ppm范圍內(nèi)。
此外，按JIS G 0551的晶粒度級數(shù)計(jì)，如果此合金的晶粒度不小于7．0，從而此合金基體的塑性就受到適當(dāng)?shù)南拗?，因此沖壓性能得到進(jìn)一步改善。上述參考數(shù)字表明，顆粒度級數(shù)是由JIS G 0551定義的。
本發(fā)明人詳細(xì)分析了沖壓操作中的剪切形變和隨后塑性斷裂的機(jī)理。結(jié)果，本發(fā)明人已得知，對控制毛刺的尺寸來說，在斷裂發(fā)生點(diǎn)所形成的裂縫的快速傳播比迄今討論過的在夾雜物處早期引發(fā)起的斷裂更重要。這就是說，根據(jù)本發(fā)明人的研究，在對小孔的沖壓操作中，在沖模邊緣附近，延展斷裂起始點(diǎn)形成了裂縫，裂縫沿著夾雜物傳播，然后金屬小塊被從孔中切下。從對沖壓操作的考察，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，裂縫傳播越快，毛刺尺寸就越小。此外，本發(fā)明人已得知，對于裂縫傳播來說，MnS夾雜物比氧化物型夾雜物更為有效。合金中如果包含氧化物型夾雜物，則形成MnS的Mn與S就會與該氧化物型夾雜物結(jié)合在一起。結(jié)果，對改善沖壓特性有效的MnS就不會大量析出。
另外，本發(fā)明中S的作用，與機(jī)加工性的改善并不相關(guān)，即與迄今討論的由S產(chǎn)生的潤滑作用不相關(guān)，但與裂縫的傳播相關(guān)。這就是說，此合金中包含的S是用于使塑性斷裂沿夾雜物快速傳播，與改善機(jī)加工性所必須的S比較，少量的S就可起到這種作用。
因此，根據(jù)本發(fā)明，由于形成氧化物型夾雜物的元素含量被控制在合適的范圍內(nèi)和加入適量的S，所以第一次提供了可以滿足在電子槍部件上形成毛刺方面的這種嚴(yán)格要求的材料。
為了實(shí)施本發(fā)明，將具有上述化學(xué)成分的一煉成的Fe-Ni合金錠或連鑄坯經(jīng)鍛造或非鍛造的熱軋，然后對此坯重復(fù)冷軋和退火，這樣得到具有預(yù)定厚度的冷軋板，然后作為結(jié)束對板材作最后的退火，最后得到厚度為0．05-0．5mm的用于沖壓的材料。當(dāng)最后退火的條件被適當(dāng)?shù)乜刂疲员銓⒕Я６燃墧?shù)調(diào)到不小于7．0時，就可得到更好的結(jié)果。用這種材料，經(jīng)精壓或非精壓制造出電子槍部件。
圖1是遮蔽屏型彩色顯象管的剖面圖。
圖2(a)是作為本發(fā)明沖壓部件例子的電子槍的電極的透視圖而圖2(b)是沿圖2(a)中的A-A＇線剖的剖面圖。
本發(fā)明將引用下述實(shí)施例和比較例加以說明。含有Fe-42％(重量)的，作為主要組分的Ni的Fe-Ni合金用真空感應(yīng)融煉法熔化，并得到一些重量約6Kg的錠。該合金的原料適當(dāng)?shù)貜碾娊忤F，電解鎳，電解Mn，金屬Si和金屬鋁中選擇。通過向此原材料中混入硫化鐵(Fe-S)來調(diào)整S含量。未用Si和Al脫氧的合金用C脫氧。
將每一錠在1200℃熱軋成4mm厚的板材。該板材被退火并酸洗，然后冷軋成1．5mm厚的板材。然后，此板材經(jīng)退火并冷軋成0．5mm厚的板材。然后此薄板在750℃下真空退火1小時，于是得到試樣。
對每一試樣進(jìn)行精壓，從而將這試樣的厚度減小到0．28mm。試樣被沖壓出10個直徑0．4mm的孔。為了評價(jià)沖壓特性，測量孔周圍形成的毛刺的最大高度，觀察孔的沖壓表面和測量孔的斷裂表面占整個內(nèi)表面的比例。根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)毛刺的高度隨斷裂面的增大而減小。本發(fā)明該實(shí)施例和比較例的化學(xué)成分列在表1。
發(fā)明該實(shí)施例和比較例的最大毛刺高度和斷裂面比例示在表2。其中，″毛刺高度″定義為從孔的垂直截面觀察，孔的最低邊緣到毛刺的最低邊緣(露出長度)的距離?！鍞嗔衙娴暮穸确?jǐn)?shù)(％)″定義為(斷裂面厚度／板厚度)*100。
表1No． 化學(xué)成分(重量％) 備注Ni SMn Si AlO Fe1 41．2 0．0012 0．49 ＜0．01 0．02 0．0024 余量 發(fā)明實(shí)施例2 40．8 0．0028 0．51 0．12 ＜0．01 0．0022 余量 發(fā)明實(shí)施例3 41．0 0．0054 0．50 0．08 0．01 0．0019 余量 發(fā)明實(shí)施例4 41．6 0．0080 0．48 ＜0．01 ＜0．01 0．0028 余量 發(fā)明實(shí)施例5 41．6 0．0080 0．48 ＜0．01 ＜0．01 0．0028 余量 發(fā)明實(shí)施例6 41．2 0．0126 0．49 ＜0．01 0．02 0．0024 余量 發(fā)明實(shí)施例7 40．6 0．0187 0．54 ＜0．01 ＜0．01 0．0038 余量 發(fā)明實(shí)施例8 40．9 0．0063 0．18 ＜0．01 ＜0．01 0．0027 余量 發(fā)明實(shí)施例9 41．1 0．0072 0．75 0．11 ＜0．01 0．0023 余量 發(fā)明實(shí)施例10 40．8 0．0006 0．48 0．01 0．01 0．0045 余量比較例11 41．3 0．0015 0．51 ＜0．01 ＜0．01 0．0067 余量比較例12 41．1 0．0033 0．46 0．02 ＜0．01 0．0072 余量比較例13 41．7 0．0012 0．08 0．03 0．02 0．0041 余量比較例表2No．晶粒度 最大毛刺 斷裂面的 備注(晶粒度級數(shù)) 高度(μm) 厚度分?jǐn)?shù)(％)1 10．0 3 30．2 發(fā)明實(shí)施例29．5 2 31．3 發(fā)明實(shí)施例39．5 2 32．2 發(fā)明實(shí)施例4 10．0 1 31．6 發(fā)明實(shí)施例56．0 3 30．3 發(fā)明實(shí)施例69．0 1 32．8 發(fā)明實(shí)施例79．5 1 33．4 發(fā)明實(shí)施例89．5 2 31．8 發(fā)明實(shí)施例99．5 1 32．0 發(fā)明實(shí)施例10 9．0 8 20．5比較例11 9．5 7 22．3比較例12 9．5 7 24．3比較例13 9．5 8 21．8比較例從表1和表2可見，在發(fā)明的所有實(shí)施例中，最大毛刺高度較低，斷裂面的厚度分?jǐn)?shù)較大，這說明沖壓特性比比較例優(yōu)越。特別是，比較例10超過了本發(fā)明的S含量范圍，比較例11和12超過了本發(fā)明的O含量范圍和比較例13超過了本發(fā)明的Mn含量范圍。結(jié)果，在這些比較例中，最大毛刺高度較高，斷裂面的厚度分?jǐn)?shù)較小，這說明沖壓特性較差。此外，將按晶粒度級數(shù)計(jì)的晶粒度小于7．0的本發(fā)明實(shí)施例5和以晶粒度級數(shù)計(jì)的晶粒度大于7．0實(shí)施例4相比，本發(fā)明實(shí)施例4的最大毛刺高度較低，斷裂面分?jǐn)?shù)較大。
這樣，依據(jù)用于電子槍部件的本發(fā)明，可得到使沖壓特性顯著改善的Fe-Ni合金，從而可以解決對電子槍部件致命的毛刺問題，可以得到適應(yīng)質(zhì)量日益提高趨勢的顯像管的卓越的電子槍部件。
權(quán)利要求
1．一種用于電子槍部件的Fe-Ni合金，它包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2．一種用Fe-Ni合金制造的沖壓電子槍部件，該合金包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；和平衡量的實(shí)質(zhì)Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3．一種用Fe-Ni合金制造的電子槍電極，該合金包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4．一種用于電子槍部件的Fe-Ni合金包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述合金以JIS G 0551晶粒度級數(shù)計(jì)的晶粒度不小于7．0。
5．一種用Fe-Ni合金制造的沖壓電子槍部件，該合金包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；和平衡量的實(shí)質(zhì)Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述合金以JIS G 0551晶粒度級數(shù)計(jì)的晶粒度不小于7．0。
6．一種用Fe-Ni合金制造的電子槍電極，該合金包括以重量計(jì)，30-55％的Ni；0．0010-0．00200％的S；0．1-0．8％的Mn；不多于0．3％的Si；不多于0．05％的Al；不多于0．005％的O；余量主要為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述合金以JIS G 0551晶粒度級數(shù)計(jì)的晶粒度不小于7．0。
全文摘要
所公開的是用于電子槍部件和沖壓電子槍,典型地是沖壓制造的電子槍電極的Fe－Ni合金,它包括:以重量計(jì),30—55%的Ni;0.0010—0.00200%的S;0.1—0.8%的Mn;不多于0.3%的Si;不多于0.05%的Al;不多于0.005%的O;余量主要為Fe和不可避免的雜質(zhì);所述合金優(yōu)選地具有以JISG0551晶粒度級數(shù)計(jì)的不小于7.0的晶粒度。當(dāng)含有氧化物型夾雜物時,形成MnS的Mn和S與氧化物型夾雜物結(jié)合在一起,于是對沖壓特性有改善的MnS不能大量析出。因此,本發(fā)明將形成氧化物的元素含量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
文檔編號H01J29/48GK1205364SQ9810373
公開日1999年1月20日 申請日期1998年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月24日
發(fā)明者結(jié)城典夫, 喜多芳久 申請人:日礦金屬株式會社