CN101506401B - 粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆 - Google Patents

粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆 Download PDF

Info

Publication number
CN101506401B
CN101506401B CN200780031476XA CN200780031476A CN101506401B CN 101506401 B CN101506401 B CN 101506401B CN 200780031476X A CN200780031476X A CN 200780031476XA CN 200780031476 A CN200780031476 A CN 200780031476A CN 101506401 B CN101506401 B CN 101506401B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
forging
forged member
sintering
iron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN200780031476XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101506401A (zh
Inventor
佐藤正昭
高田稔
高田健太郎
饭田善次
木暮亮介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd, Kobe Steel Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN101506401A publication Critical patent/CN101506401A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101506401B publication Critical patent/CN101506401B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/14—Making machine elements fittings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/766—Connecting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/17—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0264—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements the maximum content of each alloying element not exceeding 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/023—Constructions of connecting-rods with constant length for piston engines, pumps or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
    • F16C9/045—Connecting-rod bearings; Attachments thereof the bearing cap of the connecting rod being split by fracturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2142—Pitmans and connecting rods

Abstract

本发明提供一种不会使硬度上升，既确保被削性又会改善疲劳强度，并且确保裂解后的自整合性的粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法，以及使用该粉末锻造构件的裂解型连杆。是将对混合粉末预备成形后进行烧结而形成的烧结预成型坯在高温下进行锻造而成的粉末锻造构件，锻造开始时的烧结预成型坯中的游离铜比例为10％以下，并且锻造后的成分组成以质量％计为，C：0.2～0.4％、Cu：2～5％、Mn：0.5％以下(不含0％)、余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，铁素体率为40～90％。

Description

粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆
技术领域
本发明涉及将混合粉末预备成形后进行烧结，其后锻造而得到的粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法，以及使用该粉末锻造构件制造的裂解型连杆。
背景技术
历来，将混合粉末预备成形后进行烧结，其后锻造而制造机械部件的粉末锻造法被广泛推进。作为以粉末锻造法制造的代表性的机械部件，有连杆、轴承座圈(bearing race)等。这些机械部件的成分配合依据锻造后的机械加工时的被削性和制品的疲劳强度等的关系，使用纯铁粉系的粉末，主要是C：0.45～0.65质量％(以下将“质量％”仅表述为“％”。)、Cu：1.5～2％。而且，针对这些机械部件的轻量化和高疲劳强度化的要求，一般会利用使C含量增加的方法或使C和Cu一起增加的方法。可是，用这些使C含量增加的方法时，虽然部件的疲劳强度上升，但硬度也会上升，因此锻造后的机械加工时的工具寿命显著降低，结果是存在制造成本上升的问题。另外，若使Cu的含量增加，则还有锻造中容易发生裂纹的问题。
另外，作为了使机械部件的疲劳强度上升的其他方法，还公开有在锻造工序后追加再加工热工序和冷却工序的方法(参照专利文献1)和添加Ni、Mo等其他的合金元素的方法(参照专利文献2)。然而，前者的方法由于工序增加，后者的方法由于昂贵的合金使用，都导致部件成本上升，并且与使上述C含量上升的方法同样，部件的硬度均上升，因此有被削性降低的问题。
此外，在上述现有的方法中，因为随着部件的硬度的上升韧性均降低，所以其断裂面容易成为平面，使用连杆等采用的裂解法制造部件时，还会发生在其组装时容易发生位置偏差(即，自整合性降低)这种特别的问题。
【专利文献1】特开昭61-117203号公报
【专利文献2】特开昭60-169501号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种不会使硬度上升，既确保被削性又改善疲劳强度，并且确保裂解后的自整合性的粉末锻造构件及其制造方法，以及使用该粉末锻造构件的裂解型连杆。
本发明的第一方面，是一种被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件，是将对混合粉末预备成形后进行烧结而形成的烧结预成型坯在高温下进行锻造而成的粉末锻造构件，其中，锻造开始时的烧结预成型坯中的游离铜比例为10％以下，并且锻造后的成分组成以质量％计为，C：0.2～0.4％、Cu：3～5％、Mn：0.5％以下(不含0％)、余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，铁素体率为40～90％。
在所述粉末锻造材中，优选相对于理论密度的相对密度为97％以上。
在所述粉末锻造材中，优选硬度为HRC33以下，脉冲拉伸疲劳限度为325MPa以上。
在所述粉末锻造材中，优选含有MnS、MoS2、B2O3和BN中的至少1种被削性改善材以合计量计为0.05～0.6质量％。
本发明的第二方面，是一种裂解型连杆，其使用所述第一方面的粉末锻造构件制造。
本发明的第三方面，是一种粉末锻造用混合粉末，是被作为所述第一方面的粉末锻造构件的原料使用的混合粉末，其中，除润滑剂以外的部分的成分组成为，以质量％计，C：0.1～0.5％、Cu：3～5％、Mn：0.4％以下(不含0％)、O：0.3％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。
所述粉末锻造用混合粉末，优选以质量％计，在C：低于0.05％、O：0.3％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成的铁基粉末中，添加石墨粉、铜粉和润滑剂而成。
本发明的第四方面，是一种粉末锻造用混合粉末，是被作为所述第一方面的粉末锻造构件的原料使用的混合粉末，其中，除润滑剂以外的部分的成分组成，以质量％计，含有C：0.1～0.5％、Cu：3～5％、Mn：0.4％以下(不含0％)、O：0.3％以下，此外还含有MnS、MoS2、B2O3和BN中的至少1种被削性改善材，以合计量计为0.05～0.6质量％，余量由铁和不可避免的杂质构成。
所述粉末锻造用混合粉末，优选以质量％计，在C：低于0.05％、O：0.3％以下、余量由铁和不可避免的杂质构成的铁基粉末中，添加石墨粉、铜粉、从MnS、MoS2、B2O3和BN中选出的至少1种被削性改善材和润滑剂而成。
本发明的第五方面，是一种被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件的制造方法，是所述第一方面的粉末锻造构件的制造方法，其中，具有如下工序：将所述第三方面的粉末锻造用混合粉末预备成形后进行烧结而形成烧结预成型坯的成形烧结工序；在高温下锻造该烧结预成型坯而形成粉末锻造构件的锻造工序。
本发明的第六方面，是一种被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件的制造方法，是所述第一方面的粉末锻造构件的制造方法，其中，具有如下工序：将所述第四方面的粉末锻造用混合粉末预备成形后进行烧结而形成烧结预成型坯的成形烧结工序；在高温下锻造该烧结预成型坯而形成粉末锻造构件的锻造工序。
根据本发明，与以往相反，是使粉末锻造构件的C含量减少，但另一方面是使Cu含量比以往增加，并且了限制锻造开始时的烧结预成型坯中的游离Cu比例。由此，通过C含量的减少，软的铁素体增加，硬度的增加受到抑制，因此能够确保被削性，并且韧性得到维持，使裂解后的自整合性也能够确保。此外，通过Cu含量的增加和游离Cu比例的限制，Cu向铁素体中的扩散量增加，固溶强度促进，因此使疲劳强度也得到大副度改善。另外，通过限制游离Cu比例，能够防止锻造时的裂纹。
附图说明
图1表示用于实施例的疲劳试验的粉末锻造构件的试验片的形状和尺寸，(a)是立体图，(b)是显示AA线剖面的剖面图。
图2是表示对疲劳试验中的粉末锻造构件的试验片附加拉伸载荷的状态的剖面图。
图3是表示游离Cu比例和疲劳限度的关系的曲线图。
图4是表示粉末锻造部件的显微组织的剖面图。
具体实施方式
以下更详细地说明本发明。
(粉末锻造部件的构成)
首先，对于本发明的粉末锻造部件的构成，即成分组成、组织、密度和烧结预成型坯中的游离Cu比例的限定理由进行说明。
C：0.2～0.4％
C是用于确保基材铁强度所必须的元素，以前通过使C含量增加，使基材铁组织中的铁素体减少并使珠光体增加来使地铁的硬度和强度上升。相对于此，在本发明中，为了抑制基材铁的硬度的上升而与以往相反地来使C含量减少，为0.4％以下。但是，若使C含量过少，则即使Cu的含量增加，基材铁的强度仍不能充分确保，因此为0.2％以上。因此C含量为0.2～0.4％。
Cu：3～5％
Cu在用于烧结、锻造的加热时固溶于基材铁组织的铁素体相中而发挥固溶强化的作用，另外在冷却时有一部分析出，是使基材铁的强度提高的元素。现有品大部分被例用的例子是在Fe-C系的共析温度附近Cu向铁素体相中的固溶限为2％左右。另一方面，Cu向奥氏体相中的固溶限约8％，比起现有品，通过提高加热温度和/或延长加热时间而使基材铁中固溶3％以上的Cu是有充分可能的。本发明使比现有品更多的Cu向该奥氏体相中固溶，实现了冷却过程中生成的铁素体相的固溶强度。Cu含量低于3.0％时不能充分发挥作为目的的固溶强化的效果，另一方面若超过5.0％，则游离Cu容易残存，为了将游离Cu比例限度在10％以下，需要烧结时间的延长等增长加热时间，因此生产性降低。因此Cu含量为3～5％。优选为3～4％。
Mn：0.5％以下(不含0％)
Mn具有基材铁的脱氧作用，并且是在提高淬火性而使基材铁的强度提高上有用的元素。然而，Mn与氧的亲和性高，在粉末制造过程或预备成形品的烧结过程中容易与气氛中的氧反应而生成氧化物，若Mn的含量超过0.5％，则Mn氧化物的还原困难，Mn氧化物造成的密度的降低和强度的降低等粉末锻造构件的品质特性的劣化变得显著。因此，Mn含量为0.5％以下(不含0％)。优选为0.4％以下(不含0％)。
余量：铁和不可避免的杂质
本发明的粉末锻造构件，作为不可避免的杂质也可以含有P、S、Si、O、N这些其他的元素。
游离Cu比例：10％以下
如上述，为了铁素体相的固溶强化而含有接近现有的2倍的Cu，由此在基材中容易残存未溶解的Cu(即游离Cu)，因此在锻造时由于热脆性导致锻造裂纹发生，严重时从成形工序到锻造工序的操作中，烧结预成型坯破损的可能性提高。因此在本发明中，使锻造开始时的烧结预成型坯中的游离Cu比例为％10以下。在此，所谓游离Cu比例，是指添加的Cu总量之中，基材铁中未溶解的Cu的比例，能够由以下的方法进行定量。即，用砂纸和抛光轮研磨作为被测定材的烧结预成型坯的截面后，以苦味酸进行腐蚀，使用光学显微镜以400倍对0.2mm×0.3mm的范围拍摄3处照片，通过图像处理测定铜色的部分的合计面积。另一方面，利用同样的方法先测定基准材的铜色的部分的合计面积。还有，作为基准材，使用对于上述被测定构件和成分配合、形状和成形压力在同一条件下成形的成形物，以Cu在基材铁中实质上没有固溶的1000℃、20min的条件进行烧结的物体。而且，游离Cu比例采用游离Cu比例(％)＝[被测定构件的Cu色的部分的合计面积]/[基准材的Cu色的部分的合计面积]×100的公式计算即可。
铁素体率：40～90％
粉末锻造构件中的铁素体率在低于40％时韧性不足，裂解后的自整合性无法充分获得，另一方面若超过90％，则韧性过高而延伸率变大，因此会在裂解时变形，尺寸精度恶化。因此，粉末锻造构件中的铁素体率为40～90％。
相对于理论密度的相对密度：97％以上
粉末锻造构件的密度，若相对于理论密度的相对密度低于97％，则疲劳强度的降低程度变大。因此，粉末锻造构件的相对于理论密度的相对密度优选为97％以上。通过使相对密度为97％以上，粉末锻造构件的硬度为HRC33以下，脉冲拉伸疲劳限度为325MPa以上，能够得到既确保了被削性，疲劳强度也优异的粉末锻造构件。
被削性改善材：合计量0.05～0.6％
以改善粉末锻造构件的被削性为目的，也可以在预备成形时(即，在粉末锻造用混合粉末中)添加被削性改善材。作为被削性改善剂，例如能够使用MnS、MoS2、B2O3或BN的粉末，它们可以单独使用，也可以混合2种以上使用。被削性改善材的添加量以其合计量计低于0.05％时，无法充分获得被削性改善效果，另一方面，若超过0.6％，则铁材的占有面积降低和成为疲劳龟裂的起点的非金属增加，从而显示出疲劳强度大大降低的倾向。因此，被削性改善材的添加量优选以合计量计为0.05～0.6％。
(粉末锻造用混合粉末的成分组成)
其次，说明粉末锻造混合粉末(以下也仅称为“混合粉末”。)的成分组成的限定理由。
C：0.1～0.5％
混合粉末的C含量，需要考虑混合粉末中的氧量和烧结时的气氛气体的种类而使最终得到的粉末锻造构件的C含量调整为0.2～0.4％。即，在烧结过程中使用N2气等惰性气体气氛时，混合粉末中的氧和气氛气体中的杂质氧导致C被氧化消耗，烧结预成型坯(即粉末锻造构件)其C含量比混合粉末低，因此混合粉末的C含量调整至比粉末锻造构件的C含量高的超过0.2％在0.5％以下。另一方面，在使用RX气体等碳势(carbonpotential)高的气氛气体时，通常，气氛气体造成的渗碳在混合粉末中的氧带来的C的氧化消耗量以上进行，烧结预成型坯(即粉末锻造构件)比混合粉末C含量高，因此，混合粉末的C含量调整至比粉末锻造构件的C含量低的0.1％以上、低于0.4％。因此，混合粉末的C含量在0.1～0.5％的范围，根据混合粉末的氧含量和烧结气氛气体的种类而预测C含量的变化并加以设定即可。
O：0.3％以下
若混合粉末中的氧含量高，则被消耗的C量的波动也大，使粉末锻造构件的C含量处于目标的0.2～0.4％困难，因此混合粉末的氧含量为0.3％以下。
其他成分
Cu、Mn、被削性改善材，如C那样不会在烧结时被消耗也不会生成，因此混合粉末中的该各成分的含量与粉末锻造构件中的此各成分的含量相同(严谨地说，由于烧结时的C量的增减，虽然此各成分的含量的值也会有极微小的变化，但为可忽视的范围。)。
(粉末锻造构件的制造方法)
接下来，对于制造满足上述构成的粉末锻造构件的方法进行说明。
首先，根据铁基粉末中的氧含量和烧结气氛气体的种类，预测烧结时的C含量的变化而使烧结后的C含量为0.2～0.4％，如此在铁基粉末中添加混合粉末的C含量为0.1～0.5％的范围的石墨、Cu含量为3～5％的铜粉、和根据需要添加上述被削性改善材合计量为0.05～0.6％，再添加适量的润滑剂来制作混合粉末，用加压成形机对其预备成形而制作预成型坯。
还有，混合粉末的制造所使用的铁基粉末若硬，则预备成形时成形预成型坯的密度难以提高，烧结后，在至锻造的高温搬送中烧结预成型坯氧化至内部，即使锻造仍会因氧化膜而发性强度降低的现象。因此，为了使铁基粉末以提高成形预成型坯的密度而防止内部氧化，铁基粉末的C含量低于0.05％，优选在0.04％以下，更优选在0.02％以下。
接着，在高温下烧结该成形预成型坯，制作烧结预成型坯。在此，烧结条件因为温度越高，另外时间越长，Cu的扩散就越会进行，游离Cu的量减少，所以优选，但是当例如Cu含量为4％时，在1190℃以上进行10分钟的烧结就能够使游离Cu在10％以下。
然后，不冷却该烧结预成型坯而立刻在高温下以规定的锻造压力进行锻造，由此得到粉末锻造构件。锻造压力越高，粉末锻造构件的密度越高，强度越上升，因此优选，但形成例如图1所示的形状和尺寸的连杆时，在面压6.0ton/cm2以上进行锻造，能够使相对于理论密度的相对密度为97％以上，得到被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件。
还有，在上述制造方法中，虽然说明的是烧结后利用此温度立刻进行锻造的例子，但也可以在烧结后一下子冷却，再度加热而进行锻造。这种情况下，因为变成烧结时和锻造时的两次加热，加热时间必然变长，所以即使加热温度在比上述下限温度(1190℃)进一步降低的1050～1120℃左右，也能够使游离Cu比例处于10％以下。
而且，使用该粉末锻造构件制作的裂解型连杆，使机械加工时的工具磨耗降低，部件成本的上升得到抑制，并且疲劳强度优异，此外裂解后的组装时的自整合性也优异。
【实施例1】
(游离Cu比例的影响)
在表1所示的成分组成的纯铁基粉末中，使烧结后的C含量为0.3％，Cu含量为4％这样添加石墨粉和铜粉，此外作为润滑剂再添加0.75％的硬脂酸锌，混合30min制作混合粉，以成形面压6ton/cm2对其预备成形，制作成形预成型坯。
【表1】
    成分   C   Mn     P     S     Si     O     N
    含量(质量％) 0.001  0.19  0.01  0.009  0.01  0.12  0.004
然后，在N2气气氛下以600℃脱蜡10分钟后，以1110～1260℃之间的各种温度进行10分钟烧结，制作多个烧结预成型坯。然后，采用上述(粉末锻造构件的构成)中说明的方法，对于一部分烧结预成型坯进行游离Cu比例的测定。其余的预成型坯即刻以10ton/cm2的锻造压力进行锻造，制作模拟连杆的形状的粉末锻造构件的试验片。然后，该试验片除去毛片，以钢丸除去表面氧化皮后，供脉冲拉伸的疲劳试验。用于疲劳试验的试验片的形状和尺寸显示在图1中，对疲劳试验中的试验片的拉伸载荷的附加状态显示在图2中。
测定和试验结果显示在图2和图3中。由此表和图可知，随着烧结温度变高，游离Cu比例减少，疲劳限度上升，烧结时间10分钟时，在温度1190℃以上游离Cu比例成为10％以下，能够得到疲劳限度325MPa以上。还有，在图4中，比较显示游离Cu比较为100％的基准材、15％的比较材、3％的发明材的截面显微组织。图中，实施了网眼影线的部分是游离Cu存在的部分。
【表2】
Figure G200780031476XD00091
还有，在发明例中，粉末锻造构件的铁素体率在任何烧结温度下均为70％左右。
【实施例2】
(C和Cu含量的影响)
在与上述实施例1相同的表1所示的成分组成的纯铁基粉末中，使锻造后的C含量为0.1～0.6％、Cu含量为2～5％而使石墨粉和铜粉的添加量发生各种变更而添加来制作混合粉末，以与上实施例1同样的条件对该混合粉末预备成形，制成成形预成型坯。然后，在N2气气氛下以600℃对该成形预成型坯进行10分钟脱蜡后，在N2气气氛下以1120℃进行30分钟烧结，制作烧结预成型坯。其后，在N2气气氛下以1050℃将该烧结预成型坯加热30分钟后以10ton/cm2的锻造压力进行锻造，制作模拟与上述实施例1同样的连杆的形状的粉末锻造构件的试验片。然后，以与上述实施例1同样的条件对该试验片进行拉伸的疲劳试验，并且测定机械加工后的表面的HRC硬度。
此外，为了使裂解后的自整合性定量化而进行以下的试验。即，以与上述同样的条件制作直径90mm×厚度40mm的圆盘状的粉末锻造构件的试验片，对其进行机械加工，制作外径80mm、内径40mm×厚度20mm，在其内圈对角线上具有深1mm、角度45°的V切口的环状的试验片。然后，使该试验片在与切口的浓度方向成直角的方向上拉伸断裂，用光学式的三维测定装置(GFMesstechnik社制，型式：MicroCAD 3×4)测定含有该断裂面的显微凹凸的实际面积，计算其相对于忽视凹凸的平坦的投影面积的比率(所谓“裂解面积比”。)，并且目测调查裂解后的断裂面的咬合位置的偏移。
试验结果显示在表3中。还有，锻造前(锻造开始时)的试验片的游离Cu比例虽然在Cu含量超过5％的试验片No.222中超过10％，但是其他均在10％以下。
【表3】
Figure G200780031476XD00101
如表3所示，在C和Cu含量、铁素体率和游离Cu比例处于本发明的规定的范围内的发明例中，尽管硬度在HRC33以下，但被削性均没有问题，另外疲劳限度均在300MPa以上，如果除去一部分(试验片No.210、211)则能够得到325MPa以上，并且裂解后的断裂面未确认到偏移，自整合性未发生问题，能够确认到同时满足被削性、疲劳强度和裂解后的自整合性。
相对于此，在成分组成和/或铁素体率脱离本发明的规定的范围的比较例中，如果除去一部分(试验片No.230、231)，则硬度在HRC33以下的疲劳限度没有达到300MPa，同时裂解时发生因延伸造成的变形，尺寸精度降低(试验片No.201～209)，另一方面，疲劳限度为300MPa以上的硬度超过HRC33，被削性劣化，并且发生断裂面咬合位置偏移，自整合性发生问题，因此可知，要获得同时满足被削性、疲劳强度和裂解后的自整合性的锻造构件非常困难。
如表3所示，可知作为表示自整合性的指标能够使用裂解面积比，裂解面积比低于1.37时容易发生裂解面的咬全偏移，另一方面若超过1.51，则因延伸导致的变形显著，尺寸精度恶化。
【实施例3】
(相对密度的影响)
接着，在与上述实施例2的试验片No.218相同的成分组成(C：0.3％、Cu：3.5％)下，以只在2.5～10ton/cm2的范围使锻造压力发生各种变更，而其他条件与上述实施例2相同的条件，制作粉末锻造构件的试验片，调查粉末锻造构件的相对密度带给疲劳限度的影响。还有，与疲劳限度的测定一起还测定试验片HRB硬度。试验结果显示在表4中。
【表4】
  试验片No.   锻造压力(ton/cm2)   相对密度(％)     硬度(HRB)     疲劳限度(MPa)
    218     10     99     105.0     346
    301     7.5     98     100.0     338
    302     9.5     99     101.5     340
    303     6.0     97     97.0     329
    304     4.0     95     91.5     316
    305     3.5     94     86.5     299
    306     2.5     93     80.0     286
如上述表4所示能够确认，若相对于理论密度的相对密度在97％以上，则能够确保疲劳限度为325MPa以上。
【实施例4】
(被削性改善剂的影响)
其次，在与上述实施例3相同，与实施例2的试验片No.218相同的成分组成(C：0.3％、Cu：3.5％)下，添加各种被削性改善剂并变更其添加量，在其他条件与上述实施例2相同的条件下制作粉末锻造构件的试验片，调查对被削性造成的影响。被削性是使用直径5mm的SKH钻头，以200rpm的转速、0.12mm/rev的切削速度从试验片的表面开孔，测定这时的推力，并将其作为被削性的指标采用。表5显示测定结果。
如表5所示可知，推力随着被削性改善性的添加量的增加而变小，被削性得到改善。然而，若被削性改善剂的添加量超过0.6％，则无论哪种被削性添加剂，都确认到疲劳限度有大大降低的倾向。
【表5】
Figure G200780031476XD00121
【实施例5】
(混合粉末的氧含量的影响)
接下来，使用氧含量不同的铁基粉末并使混合粉末的氧含量变化，在与上述实施方式1同样的条件下制作粉末锻造构件的试验片。还有，将锻造后的C含量为0.3％，Cu含量为4％设定为目标，C含量的调整通过使石墨粉的添加量为0.3％+(铁基粉末的氧含量％-0.05％)×3/4来进行。然后，对于该试验片测定C含量和疲劳限度，调查混合粉末的氧含量对其造成的影响。
试验结果显示在表6中。如同表所示可知，铁基粉末(即混合粉末)的氧含量为0.3％以下时(试验片No.501～503)，虽然粉末锻造构件的C含量基本为目标的C含量，但铁基粉末(即混合粉末)的氧含量超过0.3％时(试验片No.504)，粉末锻造构件的C含量大大偏离目标C含量，脱离本发明规定的C含量的适当范围(0.2～0.4％)，疲劳强度也大幅降低。
【表6】
Figure G200780031476XD00131
【实施例6】
(铁基粉末的C含量的影响)
接着，使用C含量不同的铁基粉末，通过调整石墨的添加量制作同成分组成的混合粉末，在与上述实施方式1相同的条件下制作成形预成型坯和粉末锻造构件的试验片。还有，设定目标为锻造后的C含量为0.3％，Cu含量为4％。然后，测定成形预成型坯和粉末锻造构件的密度和粉末锻造构件的疲劳限度。
试验结果显示在表7中。如同表表明的可知，随着铁基粉末的C含量的增加，成形预成型坯的密度显示出降低的倾向，若将铁基粉末的C含量为0.05％的情况(试验片No.604)与低于0.05％的情况(试验片No.601～603)加以比较，则虽然锻造后的粉末锻造构件的密度大体相同，但疲劳强度大幅降低。
【表7】

Claims (11)

1.一种被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件，是将对混合粉末预备成形后进行烧结而形成的烧结预成型坯在高温下进行锻造而成的粉末锻造构件，其特征在于，锻造开始时的烧结预成型坯中的游离铜比例为10％以下，并且锻造后的成分组成以质量％计为C：0.2～0.4％、Cu：3～5％、Mn：0.5％以下但不含0％、余量为铁和不可避免的杂质，并且，铁素体率为40～90％。
2.根据权利要求1所述的被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件，其中，相对于理论密度的相对密度为97％以上。
3.根据权利要求2所述的被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件，其中，硬度为HRC33以下，脉冲拉伸疲劳限度为325MPa以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件，其中，含有以合计量计为0.05～0.6质量％的MnS、MoS2、B2O3和BN中的至少1种被削性改善材。
5.一种裂解型连杆，其特征在于，使用权利要求1～4中任一项所述的粉末锻造构件制造而成。
6.一种粉末锻造用混合粉末，是作为权利要求1～3中任一项所述的粉末锻造构件的原料使用的混合粉末，其特征在于，除润滑剂以外的部分的成分组成以质量％计为C：0.1～0.5％、Cu：3～5％、Mn：0.4％以下但不含0％、O：0.3％以下、余量为铁和不可避免的杂质。
7.根据权利要求6所述的粉末锻造用混合粉末，其中，在以质量％计C：低于0.05％、O：0.3％以下、余量为铁和不可避免的杂质的铁基粉末中添加石墨粉、铜粉和润滑剂而成。
8.一种粉末锻造用混合粉末，是作为权利要求4所述的粉末锻造构件的原料使用的混合粉末，其特征在于，除润滑剂以外的部分的成分组成以质量％计含有C：0.1～0.5％、Cu：3～5％、Mn：0.4％以下但不含0％、O：0.3％以下，并且还含有以合计量计为0.05～0.6质量％的MnS、MoS2、B2O3和BN中的至少1种被削性改善材，余量为铁和不可避免的杂质。
9.根据权利要求8所述的粉末锻造用混合粉末，其中，在以质量％计C：低于0.05％、O：0.3％以下、余量为铁和不可避免的杂质的铁基粉末中添加石墨粉、铜粉、从MnS、MoS2、B2O3和BN中选出的至少1种被削性改善材和润滑剂而成。
10.一种权利要求1～3中任一项所述的被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件的制造方法，其特征在于，具有如下工序：对权利要求6或7所述的粉末锻造用混合粉末进行预备成形后进行烧结形成烧结预成型坯的成形烧结工序；在高温下锻造该烧结预成型坯形成粉末锻造构件的锻造工序。
11.一种权利要求4所述的被削性和疲劳强度优异的粉末锻造构件的制造方法，其特征在于，具有如下工序：对权利要求8或9的粉末锻造用混合粉末进行预备成形后进行烧结形成烧结预成型坯的成形烧结工序；在高温下锻造该烧结预成型坯形成粉末锻造构件的锻造工序。
CN200780031476XA 2006-07-06 2007-07-04 粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆 Active CN101506401B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006186927A JP4902280B2 (ja) 2006-07-06 2006-07-06 粉末鍛造部材、粉末鍛造用混合粉末および粉末鍛造部材の製造方法ならびにそれを用いた破断分割型コンロッド
JP186927/2006 2006-07-06
PCT/JP2007/063377 WO2008004585A1 (fr) 2006-07-06 2007-07-04 Élément obtenu par forgeage de poudre, mélange de poudre destiné au forgeage de poudre, procédé destiné à produire un élément par forgeage de poudre et tige de raccord pour séparation par rupture obtenue par ce procédé

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101506401A CN101506401A (zh) 2009-08-12
CN101506401B true CN101506401B (zh) 2011-05-18

Family

ID=38894552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780031476XA Active CN101506401B (zh) 2006-07-06 2007-07-04 粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20090311122A1 (zh)
JP (1) JP4902280B2 (zh)
KR (1) KR101186445B1 (zh)
CN (1) CN101506401B (zh)
CA (1) CA2658051C (zh)
SE (1) SE535027C2 (zh)
WO (1) WO2008004585A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4789837B2 (ja) 2007-03-22 2011-10-12 トヨタ自動車株式会社 鉄系焼結体及びその製造方法
EP2231353B1 (en) * 2008-01-04 2014-11-05 Gkn Sinter Metals, Llc Prealloyed copper powder forged connecting rod
BRPI0803956B1 (pt) 2008-09-12 2018-11-21 Whirlpool S.A. composição metalúrgica de materiais particulados e processo de obtenção de produtos sinterizados autolubrificantes
JP5308123B2 (ja) * 2008-11-10 2013-10-09 株式会社神戸製鋼所 高強度組成鉄粉とそれを用いた焼結部品
JP5324979B2 (ja) * 2009-03-27 2013-10-23 株式会社神戸製鋼所 疲労強度に優れた粉末鍛造品、粉末鍛造用混合粉末、および破断分割型コンロッド
CN103691875B (zh) * 2012-09-28 2015-08-05 刘福平 一种连杆衬套过盈装配方法
FR3020291B1 (fr) * 2014-04-29 2017-04-21 Saint Jean Ind Procede de fabrication de pieces metalliques ou en composite a matrice metallique issues de fabrication additive suivie d'une operation de forgeage desdites pieces
JP5999285B1 (ja) * 2014-12-12 2016-09-28 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用鉄基合金粉末および焼結鍛造部材
JP6299714B2 (ja) * 2015-09-24 2018-03-28 マツダ株式会社 焼結鍛造品及びその製造方法
CN105983698A (zh) * 2016-01-19 2016-10-05 安徽蓝博旺机械集团液压流体机械有限责任公司 一种叉车轮毂轴承的粉末锻造方法
CN105983691A (zh) * 2016-01-19 2016-10-05 安徽蓝博旺机械集团振邺机械有限公司 一种叉车同步器齿环的粉末锻造方法
CN105952773A (zh) * 2016-07-18 2016-09-21 安徽奥泰粉末冶金有限公司 一种粉末冶金汽车发动机连杆及其制备方法
JP6822308B2 (ja) * 2017-05-15 2021-01-27 トヨタ自動車株式会社 焼結鍛造部材

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1478005A (zh) * 2000-11-09 2004-02-25 美国科柏克金属粉末公司 用于粉末冶金产品的混合物及其制备方法
CN1685074A (zh) * 2002-09-27 2005-10-19 Cdp印地冶炼厂有限责任公司 钢组合物和用锻模锻造的零件

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58133301A (ja) * 1982-02-01 1983-08-09 Toyota Motor Corp 焼結鍛造品の製造方法
JPH0680164B2 (ja) * 1984-11-09 1994-10-12 トヨタ自動車株式会社 焼結鍛造品の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1478005A (zh) * 2000-11-09 2004-02-25 美国科柏克金属粉末公司 用于粉末冶金产品的混合物及其制备方法
CN1685074A (zh) * 2002-09-27 2005-10-19 Cdp印地冶炼厂有限责任公司 钢组合物和用锻模锻造的零件

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭58-133301A 1983.08.09
JP昭61-117203A 1986.06.04

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008004585A1 (fr) 2008-01-10
SE0900121L (sv) 2009-02-03
US20090311122A1 (en) 2009-12-17
KR101186445B1 (ko) 2012-09-27
CN101506401A (zh) 2009-08-12
KR20090034373A (ko) 2009-04-07
CA2658051C (en) 2018-07-17
CA2658051A1 (en) 2008-01-10
JP2008013818A (ja) 2008-01-24
JP4902280B2 (ja) 2012-03-21
SE535027C2 (sv) 2012-03-20
US20130192414A1 (en) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101506401B (zh) 粉末锻造构件、粉末锻造用混合粉末和粉末锻造构件的制造方法及使用了它的裂解型连杆
JP2019218633A (ja) 軟窒化用鋼および部品
JP5767594B2 (ja) 窒化用鋼材およびこれを用いた窒化部材
JPWO2016152167A1 (ja) 軟窒化用鋼および部品並びにこれらの製造方法
JPH07188847A (ja) 被削性に優れた機械構造用炭素鋼
JP2009185328A (ja) 鉄基焼結合金およびその製造方法
JP6710484B2 (ja) 粉末高速度工具鋼
JP5556778B2 (ja) 冷間鍛造用快削鋼
JP2005187935A (ja) 仕上面粗さに優れた低炭素複合快削鋼材およびその製造方法
JP2011236449A (ja) 機械構造用鋼、および、その製造方法、並びに、機械構造用鋼を用いた加工部品製造方法
JPH11229032A (ja) 軟窒化用鋼材の製造方法及びその鋼材を用いた軟窒化部品
JPH10330894A (ja) 低合金高速度工具鋼およびその製造方法
JPH09157805A (ja) 高強度鉄基焼結合金
JP6583484B2 (ja) 窒化用鋼
JP3849296B2 (ja) 軟窒化用鋼材の製造方法及びその鋼材を用いた軟窒化部品
JPH07188849A (ja) 被削性に優れた機械構造用炭素鋼
JP5324979B2 (ja) 疲労強度に優れた粉末鍛造品、粉末鍛造用混合粉末、および破断分割型コンロッド
JP6375691B2 (ja) 窒化用鋼
JPH11181518A (ja) 軟窒化用鋼材の製造方法及びその鋼材を用いた軟窒化部品
JP2017061717A (ja) 焼結鍛造品及びその製造方法
JP6312120B2 (ja) 粉末高速度工具鋼およびその製造方法
JP2015129322A (ja) 冷間プレス金型用鋼
JPH11335734A (ja) 軟窒化用鋼材の製造方法及びその鋼材を用いた軟窒化部品
KR20210029582A (ko) 철계 예합금 분말, 철계 확산접합 분말 및 이를 이용하는 분말야금용 철계 합금 분말
CN109468536A (zh) 一种新型低合金模具专用高速钢及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant