專利名稱：：電子槍部件和穿孔電子槍部件用的Fe－Ni合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及Fe-Ni合金，它具有改進(jìn)的沖壓穿孔性能，適于用作電子槍部件如電子槍電極的材料；本發(fā)明也涉及穿孔的電子槍部件，典型的是電子槍電極，其制法是對(duì)這種合金的毛坯進(jìn)行沖切，然后在所得的坯件上沖出許多非常小的孔，以使電子束從中通過。圖1顯示了已有技術(shù)的蔭罩板型彩色顯象管的截面圖。面板1的背面涂布了一層能產(chǎn)生三種基色即紅、綠和藍(lán)的磷薄膜2。在顯象管的頸部安裝有發(fā)射電子束3的電子槍4。電子束3被偏轉(zhuǎn)線圈5偏轉(zhuǎn)而進(jìn)行掃描。數(shù)字6和7分別表示蔭罩板和磁屏。在圖2中，(a)和(b)分別是一個(gè)電極(柵極)10的投影圖和截面圖，電極是作為穿孔部件的一個(gè)例子，它裝在電子槍4內(nèi)。電極10的作用是控制來自電子槍陰極的熱電子發(fā)射形成電子束，并調(diào)節(jié)電子流的速度。電極10上其有通過精壓和穿孔制成的很小的孔10a，10b和10c，產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)顏色的電子束正是分別通過這些小孔。通常用于彩色顯象管等的電子槍部件是通過對(duì)于約0.05至0.5mm厚的無磁性不銹鋼板進(jìn)行沖切和穿孔，再經(jīng)精壓或不經(jīng)精壓來完成的。無磁性不銹鋼是熟知的通常用于彩色顯象管等電子槍部件的材料。然而在生產(chǎn)加速從電子槍陰極發(fā)射出的電子的電極時(shí)，現(xiàn)在更多注重的是材料的較低熱膨脹系數(shù)而不是其無磁性。隨著近幾年加工更精，性能更好的用于計(jì)算機(jī)顯示等的彩色顯象管的發(fā)展，已經(jīng)注意到電極部件因熱膨脹產(chǎn)生的細(xì)微尺寸改變會(huì)影響面板1上的圖像質(zhì)量(顏色純度)(見圖1)。為解決這個(gè)問題，可用低熱膨脹性質(zhì)的Fe-Ni合金，尤其是Fe-42％Ni合金(42合金)來作電極材料。然而，已有技術(shù)的42合金存在一個(gè)毛刺問題。在用于電極的合金坯件上沖孔形成非常小的孔10a，10b和10c時(shí)，沖孔的模具會(huì)在孔的邊緣10e上產(chǎn)生毛刺B，沖孔廢料上是離開這個(gè)邊緣落下來的(見圖2)。沖孔產(chǎn)生的毛刺不僅對(duì)電子束的控制有不良作用，而且會(huì)使不需要的電子發(fā)射出來，這兩者都是電子槍的致命毛病。彩色顯象管更高水平的精加工就需要更精確地減少電子槍部件上產(chǎn)生的毛刺。改進(jìn)Fe-Ni合金沖孔性能的建議在例如日本專利申請(qǐng)公開號(hào)6-184703，6-122945，7-3400和7-34199提出過。在那些建議中，公開號(hào)6-184703指出了將S含量控制在0.002至0.05％并將S或S化合物分散在合金毛坯的晶粒邊界上或晶粒內(nèi)部。然而，S(一種只是便于切割的元素)以特定含量加入并不足以將現(xiàn)在和將來的沖壓部件中的毛刺控制到非常精確的規(guī)格要求。公開號(hào)6-122945，7-3400和7-34199建議在合金中加入強(qiáng)化元素如Ti，Nb，V，Ta，M或/和Zr來獲得足夠的硬度和合適的脆性以消除毛剌。但提高了材料硬度卻帶來了沖孔模具壽命變短的問題。本發(fā)明的目的是解決上述已有技術(shù)的問題，為電子槍部件提供沖孔性能良好而又不致縮短模具壽命的Fe-Ni合金，本發(fā)明還提供對(duì)合金沖孔制成的且毛刺減少的電子槍穿孔部件，特別是電子槍電極。本發(fā)明者對(duì)影響沖壓穿孔性能的夾雜物組成進(jìn)行了廣泛的研究。結(jié)果現(xiàn)在我們通過控制S含量和Ti，Mg，Ce和Ca這些容易形成硫化物夾雜物的元素在特定范圍內(nèi)，從而控制夾雜物的組成并提高用于電子槍部件Fe-Ni合金沖壓穿孔性能，現(xiàn)已成功地解決了上述問題。具體的說，詳細(xì)的研究已經(jīng)闡明，提高沖壓穿孔性能的最有效夾雜物是硫化物夾雜物，而且硫化物夾雜物的比例和分布不僅與S含量有關(guān)，還在很大程度上受Ti，Mg，Ce和Ca含量的影響。因此本發(fā)明可提供材料，它通過加入適當(dāng)量的S，并還加入容易形成硫化物夾雜物的Ti，Mg，Ce和Ca元素(它們的含量控制在特定的范圍內(nèi))來滿足防止電子槍部件毛剌的嚴(yán)格要求。根據(jù)本發(fā)明，Ti，Mg，Ce和Ca加入的量應(yīng)只是形成對(duì)合金稍有硬化效應(yīng)的硫化物夾雜物，因此不存在因材料硬度的提高減少模具壽命的問題。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的用于電子槍部件的Fe-Ni合金包括(均為重量百分比)30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種、兩種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)，本發(fā)明還提供用這種合金沖孔制成的電子槍部件。也已發(fā)現(xiàn)，將晶粒大小控制在JISG0551的奧氏體晶粒大小號(hào)7.0號(hào)或以上是有效的。因此，本發(fā)明提供的用于電子槍部件的Fe-Ni合金包括(均為重量百分比)30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種、兩種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述合金的晶粒大小根據(jù)JISG0551的奧氏體晶粒大小號(hào)為7.0號(hào)或7.0以上，本發(fā)明還提供用這種合金沖孔制成的電子槍部件。典型的用這些合金沖孔制成的電子槍部件是電子槍電極如柵極。圖1是蔭罩板型彩色顯象管的截面圖。圖2在投影圖(a)中和截面圖(b)中表示了電子槍的電極，作為本發(fā)明穿孔部件的一個(gè)例子?，F(xiàn)在解釋將合金元素限制在符合本發(fā)明的數(shù)值范圍內(nèi)的原因。(Ni)-Ni是決定Fe-Ni合金熱膨脹性質(zhì)的一個(gè)重要元素。如果其百分?jǐn)?shù)小于30％或大于55％，則合金會(huì)有過高的熱膨脹系數(shù)，這是不適用的。因此應(yīng)將Ni含量限制在30至55％范圍內(nèi)。(S)-S與Mn或與Ti，Mg，Ce，和Ca形成硫化物夾雜物，對(duì)提高合金的沖孔性能有利。S的合適的范圍依賴于其它形成硫化物的元素的含量，但是至少0.0010％是必需的，而當(dāng)其超過0.0200％時(shí)其效果幾乎恒定不變。由于這些原因，S的含量為0.0010至0.0200％。(Mn)-Mn與S結(jié)合形成可提高沖孔性能的MnS。然而，Mn的存在不是特別重要的，因?yàn)楸景l(fā)明是將選自Ti，Mg，Ce和Ca這些比Mn更易形成硫化物的元素中的至少一種加入合金中。Mn限定在0.8％以下，因?yàn)槌^0.8％，它將容易與不可避免存在的氧結(jié)合形成不希望有的氧化物夾雜物。(Ti，Mg，Ce，Ca)-Ti，Mg，Ce，和Ca是比Mn更易形成硫化物的元素。它們?cè)诤辖鹬行纬闪蚧飱A雜物，結(jié)果能提高合金的沖孔性能。它們?cè)诒萂n的量更小時(shí)就能顯示出這個(gè)效果。一種、兩種或多種這些元素的總量大于0.005％時(shí)可提高沖孔性能。然而，加入量超過0.5％將不會(huì)提高其效果，而只會(huì)增加成本。因此上限是0.5％。合金中余下的組分是不可避免的雜質(zhì)和Fe。雜質(zhì)是那些通常含有的，包括C，P，Cr和Co。它們對(duì)熱膨脹性質(zhì)有不良作用，這些雜質(zhì)元素的含量最好控制在10至2000ppm之間。對(duì)于晶粒大小，奧氏體晶粒大小7.0號(hào)或7.0以上可控制基質(zhì)的韌性，使合金適于沖孔。晶粒大小號(hào)用JISG-0551所描述的晶粒大小測(cè)試方法測(cè)定?！癑IS”指“日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，是由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的，因此它包括工業(yè)產(chǎn)品。根據(jù)JISG0551的內(nèi)容，奧氏體晶粒大小號(hào)“N”是與每1mm2材料截面積上的晶粒數(shù)目“n”相關(guān)，N與n之間的關(guān)系是n＝2N+3。當(dāng)N為7.0時(shí)，數(shù)值是1024，即每1mm2截面積上有1024個(gè)晶粒。本發(fā)明者詳細(xì)分析了在沖孔過程中的剪切變形和隨后的塑性破壞情況。研究表明，對(duì)于盡量減少毛刺來說，在沖孔操作中，不僅如通常所認(rèn)為的，破壞要從作為起始點(diǎn)的夾雜物開始很重要，而且產(chǎn)生的裂縫要沿夾雜物快速傳播也很重要。對(duì)于裂縫的傳播，發(fā)現(xiàn)硫化物夾雜物比氧化物夾雜物更有效。而且，本發(fā)明的S的效果與通常認(rèn)為的相反，不是提高了自由切割的性質(zhì)或潤(rùn)滑效果。在本發(fā)明中，硫化物夾雜物與剪切區(qū)域中產(chǎn)生塑性破壞時(shí)的裂縫傳播有關(guān)。因此，與提高自由切割性質(zhì)所需的S含量相比，要獲得本發(fā)明所希望的效果所需的S含量較少。現(xiàn)在本發(fā)明已能首先提供一些材料，通過在材料中分布合適量的硫化物夾雜物來滿足電子槍部件嚴(yán)格的避免毛剌的要求。當(dāng)脫氧化元素如Si或Al被采用時(shí)，宜將Si含量限定在0.3％或Al限定在0.05％，使不希望有的殘余氧化物夾雜物含量最小。氧也應(yīng)限制在小于0.005％以減少殘余氧化物閃雜物的含量。制造過程如下。以規(guī)定的比例熔化各組分材料，獲得Fe-Ni合金鑄錠或連續(xù)澆鑄的板。將錠或板進(jìn)行熱軋，在此之前經(jīng)過鍛打或不經(jīng)鍛打，然后重復(fù)退火與冷軋至最終厚度。在最后退火后，它就制成一塊約0.05至0.5mm的板料，供沖孔之用。最后的退火條件應(yīng)適當(dāng)控制使晶粒大小號(hào)在7.0號(hào)或7.0號(hào)以上，就能獲得較佳的結(jié)果。電子槍部件是通過在沖床上直接沖孔或再進(jìn)行精壓操作完成的。本發(fā)明通過下列實(shí)施例和對(duì)比例來描述。用真空感應(yīng)電爐熔化主要由Fe和42％Ni組成的Fe-Ni合金，澆成每個(gè)重約6千克的塊。電解Fe，電解Ni，電解Mn，金屬Ti，Ni-Mg母合金，Ni-Ce母合金和Ni-Ca母合金用作原料。S含量通過加入Fe-S(硫化鐵)調(diào)節(jié)。每個(gè)鑄錠在1200℃熱軋制成4mm厚的板。對(duì)板退火，酸洗，冷軋成1.5mm厚。然后再退火、冷軋成0.5mm厚的板。最后，板在750℃真空退火1小時(shí)作為測(cè)試材料。沖孔性能的測(cè)定如下每種測(cè)試材料先精壓成0.28mm厚，沖孔產(chǎn)生總共10個(gè)0.4mm直徑的孔，測(cè)定沖孔產(chǎn)生的毛剌的最大高度和穿孔表面的破壞表面比例。發(fā)明者對(duì)于沖孔性質(zhì)的研究表明，破壞表面的比例越高，毛剌的高度就越高。表1顯示了各實(shí)施例和對(duì)比例合金毛坯的化學(xué)組成和最大毛剌高度，以及樣品的破壞表面比例。這里所用的術(shù)語“毛剌高度”是指從孔的截面觀察，毛剌外端至穿孔內(nèi)側(cè)底端的距離(凸出物的長(zhǎng)度)?！捌茐谋砻姹壤?％)”定義為(破壞表面厚度/板厚度)×100表1</tables>號(hào)1-9本發(fā)明實(shí)施例號(hào)10-14對(duì)比例從表1可看出，本發(fā)明所有實(shí)施例樣品的沖孔性能比對(duì)比例樣品要好，它們的最大毛剌高度較小，破壞表面比例較大。最大毛剌高度只有3μm。對(duì)比例10的硫含量超過了本發(fā)明指出的范圍，對(duì)比例11至14所含的附加元素Ti，Mg，Ce，或Ca量比本發(fā)明指出的范圍要小。因此它們沒有顯示出加入這些元素的效果，并有高的最大毛剌高度，小的破壞表面比例和較差的可沖孔性能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，晶粒大小號(hào)數(shù)大于7.0號(hào)的實(shí)施例5，比具有相同組成但晶粒大小小于7.0號(hào)的實(shí)施例6其最大毛刺高度較少，而破壞表面比例較大。如上所述，本發(fā)明用于電子槍部件的Fe-Ni合金在沖壓穿孔性能上有顯著改進(jìn)，它們可解決電子槍部件民性的毛刺問題，能生產(chǎn)出優(yōu)良的可與較高質(zhì)量彩色顯象管同步發(fā)展的電子槍部件。權(quán)利要求1)一種用于電子槍部件的Fe-Ni合金，它是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。2)一種Fe-Ni合金電子槍穿孔部件，該合金是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。3)一種Fe-Ni合金的電子槍電極，該合金是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。4)一種用于電子槍部件的Fe-Ni合金，該合金是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，所述合金的晶粒大小根據(jù)JISG0551的奧氏體晶粒大小號(hào)為7.0號(hào)或7.0號(hào)以上。5)一種Fe-Ni合金的電子槍穿孔部件，該合金是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，所述合金的晶粒大小根據(jù)JISG0551的奧氏體晶粒大小號(hào)為7.0號(hào)或7.0號(hào)以上。6)一種Fe-Ni合金的電子槍電極，合金是由按重量計(jì)為30至55％Ni，0.0010至0.0200％S，0.8％或更少的Mn，總共為大于0.005至小于0.5％的選自Ti，Mg，Ce和Ca的一種或多種元素，余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，所述合金的晶粒大小根據(jù)JISG0551的奧氏體晶粒大小號(hào)為7.0號(hào)或7.0號(hào)以上。全文摘要用于電子槍部件的Fe－Ni合金,該合金是由30至55%Ni,0.0010至0.0200%的S,最大為0.8%的Mn,總共為大于0.005至小于0.5%的選自Ti,Mg,Ce和Ca的一種或多種元素,余量基本上為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成(均為重量百分比),以及合金沖孔制成的電子槍部件,特別是電子槍電極?？刂凭Я４笮≡?.0號(hào)或7.0號(hào)以上也是有效的。本發(fā)明用于電子槍部件的Fe－Ni合金的沖壓沖孔性能有顯著改進(jìn),并通過容易形成硫化物夾雜物的Ti,Mg,Ce和Ca形成硫化物夾雜物解決了毛刺問題。文檔編號(hào)H01J3/00GK1195032SQ9710949公開日1998年10月7日申請(qǐng)日期1997年12月15日優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日發(fā)明者結(jié)城典夫,喜多芳久申請(qǐng)人:日礦金屬株式會(huì)社