用于制造电子枪部件的Fe-Ni合金及其冲压电子枪部件 本发明涉及适用作电子枪部件(如电子枪电极)材料，其冲压性能良好的铁镍合金。本发明也涉及冲切出这种合金的坯件，然后在坯件上冲出用于通过电子束的小孔而制得的冲压电子枪部件，一般为电子枪电极。
图1是本技术领域中已知的荫罩式彩色显象管的横截面视图。显示屏1的背面涂有能发出红、绿、兰三原色的荧光膜2。在颈部装有一个能发出电子束3的电子枪4。扫描时电子束3被偏转线圈5所偏转。标记6表示荫罩，标记7表示磁场。
图2(a)和(b)分别是电极10(装配在电子枪4中的冲压部件的一个实例)的透视图和横截面图。电极10用于加速从电子枪阴极中发出的电子。该电极具有用压印和冲孔制得的小孔10a、10b和10c，这些小孔分别让产生红、绿和兰色的电子束通过。
用于彩色显象管等的电子枪部件一般通过冲切、冲压及压印(或无压印)厚度约为0.05-0.5毫米的非磁性不锈钢板制成。
众所周知，非磁性不锈钢是彩色显象管电子枪等中常用的材料。就用于加速从电子枪阴极中发出的电子的电极10而言，人们长时期以来希望它具有接近于1地磁导率(非磁性的一种量度)。然而，最近的重点是低热膨胀性，而不是磁导率。随着近年来用于计算机显示器的高度改进的高性能彩色显象管的出现，已经注意到电极部件随着热膨胀引起的微小尺寸变化会影响显示屏上(见图1)的图像质量(色纯度)。为了克服这个问题，低膨胀的铁镍合金(特别是Fe-42％Ni合金，即42合金)已经用作电极材料。
然而，现有的42合金具有形成毛刺的问题。即，当分别用冲模冲出具有小孔10a、10b和10c各一个的42合金电极坯件时，在小孔的边缘10e(冲杆将余料冲压并从坯件切除的地方)处形成毛刺B(见图2)。冲孔时形成的毛刺会对电子枪部件的尺寸精度(它必须满足严格精度要求)产生不利影响。由于耐电压的降低，在高电压下毛刺上不正常的放电有时对电子枪是极其有害的。由于彩色显象管质量的日益改进，使得对减少电子枪部件上毛刺的要求越来越迫切。
至今，例如在日本专利申请公开6-122945、6-184703、7-3400和7-34199中已对铁镍合金的冲压性能提出了改进。
在这些申请中，公开6-184703规定硫的含量为0.002-0.05％，并将硫或硫的化合物分散在合金材料中的晶界上或晶粒内。然而，按规定的百分数只加入硫(一种易切削元素)不足以控制最精密的现代冲压加工中的毛刺。
其余的公开6-184703、7-3400和7-34199提出在合金中加入增强元素(如Ti、Nb、V、Ta、W、和/或Zr)，以赋予合金更高的硬度和适度的脆性，以抑制毛刺的形成。然而，这种措施产生了由于增加硬度而使冲模寿命缩短以及由于加入这些特定元素而增加成本的问题。
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种用于电子枪部件的铁镍合金，这种合金改善了冲压性能，但没有缩短冲模的寿命也没有特殊元素而增加费用。本发明还提供经冲压由合金制成的冲压电子枪部件(以电子枪电极为代表。)。
本发明人深入研究了少量成分对电子枪部件所用铁镍合金冲压性能的影响。结果，通过控制含氧量和根据需要将含氧量和含硫量控制在规定的范围内改善了铁镍合金的冲压性能，我们已成功地解决了上述问题。本发明没有产生缩短冲模寿命和增加特殊元素成本的问题。
具体地说，本发明提供了一种用于电子枪部件的铁镍合金。这种合金包括30-55％重量Ni、0.5％重量或更少的Si、1.5％重量或更少的Mn、0.2％重量或更少的Al、0.005-0.020％重量O、0.020％重量或更少的S和余量的Fe和无法避免的杂质。本发明也提供了用上述铁镍合金制成的冲压电子枪部件。这种电子枪冲压部件的典型是电子枪电极。
通过将含氧量控制在适当的范围内，同时也含有适量的硫(如有必要)，可以得到具有良好冲压性能的铁镍合金。氧大多以材料中的夹杂物形式存在，它有提高材料冲压性能的作用。具体说来，在冲压操作中，剪切形变时冲模边缘附近的应力一直增加到材料开始断裂为止。这种断裂优先在夹杂物处发生，夹杂物的总含量越高，材料就越容易断裂。因此，材料冲压后，断裂表面比很高，而且产生的毛刺比常规情况要小。硫或硫的化合物是分布在合金材料中的晶界上或晶粒内，结果提高了其切削性能。
然而，加入硫会降低铁镍合金的耐腐蚀性，有时甚至导致在电子枪的装配过程中或材料的储存过程中产生锈蚀的问题。在这种情况下，建议将含硫量控制在0.002％以下。
因此，在本发明中如果只要求或主要要求提高冲压性能，则含硫量应为0.002-0.020％，而当必须考虑降低耐腐蚀性时，含硫量应低于0.002％。
图1是荫罩式彩色显象管的横截面图。
图2(a)是电子枪电极(本发明冲压部件的一个实例)的透视图，图2(b)是沿图2(a)中A-A’线所作的横截面图。
图3是说明由冲压产生的毛刺情况的显微照片。图中(a)是本发明实施例中试样的显微照片，(b)是对比例中试样的显微照片。两者都表示这些材料的冲压加工性能。
现在解释按照本发明加入所述数值范围合金元素的理由。
(Ni)：镍是决定铁镍合金热膨胀性的一个重要元素。如果镍的含量低于30％或高于55％，由于热膨胀系数太高，这种合金是不适用的。因此，镍的含量限制在30-55％之间。
(Si)：硅主要用作脱氧剂，它少量地出现在铁镍合金的夹杂物中。有少量的硅以固溶体形式存在更好，因为它使铁镍合金硬化和更易于冲压。硅超过0.5％的含量是不适宜的，因为会使该合金的硬度太高，并缩短冲模的寿命。因此，硅的含量为0.5％或更低。由于上述的理由，硅的含量宜为0.005-0.5％。
(Mn)：加入锰一般是为了促进脱氧并改善合金料的热加工性能。因此锰形成MnO和MnS夹杂物，而且通过与硅反应常常产生Mn-Si-O夹杂物。象硅一样，锰也使铁镍合金硬度增加。因此，它能有效地改善合金的冲压性能。然而，超过1.5％的锰是不适宜的，因为它使合金的硬度太高，因而缩短冲模的寿命。因此将锰的含量控制在1.5％或更低，而且从改善冲压性能方面考虑，0.1-1.5％的含量是适宜的。
(Al)：加入铝一般是为了脱氧。因此铝当然形成Al2O3夹杂物。铝也能使铁镍合金硬化，并有效地改善冲压性能。应避免使铝的含量超过0.2％，因为这会使合金的硬度太高对冲模不利。铝的含量宜为0.005-0.2％。
(O)：一般认为氧是一种有害元素，所以对用于电子枪部件的常规铁镍合金是脱氧至含0.005％氧以下。然而，现已发现，含氧量为0.005％或更多时，改善了合金的冲压性能。因为0.020％以上的氧会使冲压部件的断裂表面粗糙，所以将含氧量限定在0.005-0.020％之间。
(S)：如专利申请公开6-184703揭示的那样，硫是一种能改善合金冲压性能的元素，而且在含量为0.002％或更多时显示其效果。当硫与氧一起加入时(如在本发明中)，0.020％以上的含硫量会使断裂表面太粗糙。因此，当仅要求或主要要求改善冲压性能时，将含硫量规定为0.002-0.020％。另一方面，硫又是一种降低合金耐腐蚀性的元素。含硫量为0.002％以上的合金有时会产生锈蚀的问题，如当经水路运输时或储存在近水的库房中时。在这种情况下，将含硫量规定在0.002％以下。
上述成分以外的成分则是无法避免的杂质和铁。这里所述的杂质是指一般所含的杂质，包括碳、磷和铜。这些杂质对膨胀性能有不利的影响，且本身不利于冲压性能。然而，实际上它们形成很小的非金属夹杂物，如P2O5和Cu2S，这些夹杂物都会提高冲压性能。这些杂质元素的总含量宜在10-2000ppm之间。
本发明人已研究了铁镍合金各组分对制造电子枪部件所用合金冲压性能的影响。所作的研究揭示：通过将含氧量控制在适当的范围(从本技术领域中一般常识来看，该范围似乎是过量的)内，同时也允许含有适量的硫(如有必要)，可以得到具有良好冲压性能的铁镍合金。氧大多以材料中的夹杂物形式存在，能提高材料的冲压性能。在冲压操作中，剪切形变时冲模边缘附近的应力一直增加到材料开始断裂为止。这种断裂优先是夹杂物处发生，夹杂物的总含量越高，材料就越容易断裂。因此，材料冲压后断裂表面比很高，而且产生的毛刺比常规情况要小。硫或硫的化合物是分布在合金材料中的晶界上或晶粒内，结果提高了其切削性能。
合金的制造过程如下：按规定比例将各组分材料一起熔化，制造铁镍合金锭。将合金锭均匀化退火，热轧，然后反复退火和冷轧，直至最终厚度。进行最后的退火后，将其制成厚度约为0.05-0.5毫米的冲压坯件。在冲床上对该坯件进行冲压(可有或没有压印操作)制成电子枪部件。
现在结合如下的实施例和对比例对本发明作进一步的说明。
实施例1
在真空度为10-5-10-1乇的真空感应熔化炉中，将各组分材料一起熔化，制成主要含铁和42％镍的每块重6千克的铁镍合金锭。按不同的比例将各种原料即高纯电解铜、压力加工薄钢板钢废料、含硫易切削钢、沸腾钢废料、电解镍、电解锰等混合，以便改变合金料中硫、氧等的含量。
将每一钢锭均匀化退火，然后在1200℃热轧成4毫米厚的板材。将该板材退火、酸洗、冷轧至1.5毫米厚。再将该板材点亮退火，冷轧成0.4毫米厚的板材。最后，将板材在真空中于750℃退火1小时，得到试样。
按如下方法测量冲压性能，即用一台30吨冲床在每一个试样上冲出10个直径为0.4毫米、间距为3毫米的小孔，然后测量冲压产生的毛刺的最大厚度和最大高度以及冲压表面的断裂表面比。表1列出了各实施例和对比例合金料的化学组成、试样毛刺的最大厚度和最大高度以及断裂表面比。所述的术语“毛刺厚度”是指从孔的锯齿状的毛刺一侧观察毛刺的外端离冲压孔周边的距离(投影长度)。“毛刺的高度”是指从小孔横截面观察毛刺的外端离冲压孔底面的距离(投影长度)。“断裂表面比(％)”定义为：
(断裂表面厚度/板材厚度)×100
表1 编 号 化学组成(％重量) 毛刺最 大厚度 (μm) 毛刺最 大高度 (μm) 断裂 表面比 (％) 断裂 表面 状态 Ni Si Mn Al O S Fe 1 2 3 4 5 6 7 40.8 41.8 41.2 41.2 40.9 41.0 41.2 0.05 0.03 0.02 0.01 0.02 0.06 0.04 0.46 0.42 0.47 0.51 0.39 0.45 0.45 0.010 0.007 0.004 0.001 0.006 0.009 0.012 0.007 0.009 0.012 0.017 0.008 0.006 0.007 0.003 0.003 0.003 0.003 0.007 0.011 0.018余量余量余量余量余量余量余量 15 13 12 9 11 13 11 5 5 3 2 2 2 2 25.5 26.0 25.7 29.3 27.7 25.8 26.6 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 8 9 10 11 12 13 41.4 40.7 41.0 41.3 40.9 41.4 0.27 0.19 0.15 0.01 0.01 0.01 0.50 0.41 0.48 0.17 0.34 0.22 0.046 0.061 0.035 0.001 0.001 0.001 0.003 0.004 0.004 0.023 0.011 0.025 0.001 0.002 0.005 0.003 0.031 0.024余量余量余量余量余量余量 58 38 34 10 11 8 14 12 12 2 2 2 8.4 10.1 16.7 29.2 28.1 31.5 良好 良好 良好 不好 不好 不好
图3是从毛刺一侧拍摄的冲压孔显微照片。图中(a)是本发明一个实施例中试样的显微照片，(b)是一个对比例中试样的显微照片。
从表1和图3可知，所有本发明实施例中的试样，其毛刺的最大厚度和最大地都比对比例的试样小，这表明冲压时的毛刺化得到了明显的抑制。另外，本发明试样比对比例8和10试样具有更高的断裂表面比和更好的冲压性能。对比例11和12(含氧量或含硫量都超过本发明范围的上限)的断裂表面过分粗糙。由于含氧量和含硫量都超过本发明规定的上限，所以对比例13中试样的断裂太粗糙，因此，也是不合适的。
因此，本发明可以提供由一种铁镍合金制成的电子枪部件，冲压时这种合金可将毛刺最大厚度控制在15毫米以下，将毛刺最大高度控制在5毫米以下，将断裂表面比控制在25％以内，同时将断裂表面保持在光滑的良好的状态。
实施例2
为了确认降低含硫量对按实施例1相似方法制得的几种合金的改善作用，在35℃用5％盐溶液进行24小时的盐喷试验，观察是否会发生锈蚀。结果列于表2中。
表2 编 号 化学组成(％重量) 毛刺最 大厚度 (μm) 毛刺最 大高度 (μm) 断裂 表面比 (％) 断裂 表面 状态 盐喷 试样 结果 Ni Si Mn Al O S Fe 1 5 6 7 41.1 40.8 40.9 41.4 0.04 0.03 0.01 0.01 0.45 0.42 0.46 0.39 0.009 0.007 0.003 0.001 0.008 0.010 0.013 0.018 0.001 0.001 0.001 0.001 余量 余量 余量 余量 22 18 16 15 8 6 4 4 20.2 21.0 22.4 23.1 好 好 好 好 好 好 好 好 8 9 12 13 41.4 40.7 41.0 42.2 0.27 0.01 0.03 0.04 0.50 0.48 0.45 0.36 0.046 0.001 0.010 0.008 0.003 0.026 0.008 0.009 0.001 0.001 0.003 0.005 余量 余量 余量 余量 58 14 15 12 14 3 5 4 8.4 23.7 25.7 26.3 好 差 好 好 好 好 锈蚀 锈蚀
盐喷试验时，含硫量降低至0.001％且含氧量控制在本发明范围以内的合金A至D没有发生锈蚀，同时还保持较高的断裂表面比和较好的冲压性能。含硫量分别为0.003％和0.005％的合金G和H则发生了锈蚀。合金E和F用于对比。合金E相当于实施例1中抑制含氧量的合金8，它表明较大的毛刺最大厚度和最大高度值。含氧量过大的合金F则具有过分粗糙的断裂表面。
从上述的描述可知，用于电子枪部件的本发明铁镍合金明显改善了冲压性能。它们能解决因冲压边缘上毛刺的不正常放电引起的电子枪耐电压降低等问题，并能生产尺寸精度显著提高的电子枪部件，以满足近年来大尺寸高质量彩色显象管发展的需要。