CN102165083A - 利用粉末冶金法的烧结体的制造方法 - Google Patents

Abstract

在利用粉末冶金法的烧结体的制造方法中，使用粉末冶金用合金钢粉，在700MPa以上的压力下使所述粉末冶金用合金钢粉或含有所述粉末冶金用合金钢粉的混合粉末成形后，在1150℃～1300℃的温度下进行烧结，由此，使用不添加Ni和Cu的粉末冶金用合金钢粉廉价地制造高强度的烧结体，其中，所述粉末冶金用合金钢粉含有Cr：0.3～0.7质量％、Mn：0.1～0.5质量％、Mo：0.1～0.5质量％、O：0.25～0.5质量％，余量由Fe及不可避免的杂质构成。

Description

利用粉末冶金法的烧结体的制造方法

技术领域

本发明涉及对于利用粉末冶金法的汽车用高强度烧结部件等而言适合的烧结体的制造方法。

背景技术

在模具内将铁粉或合金钢粉加压成形后进行烧结而得到烧结体的粉末冶金法，广泛用于需要高尺寸精度的齿轮等汽车部件的制造中。作为汽车用部件使用的烧结体，通常具有约6.0g/cm³～约7.1g/cm³的密度，其通过将在原料粉(铁粉、合金钢粉)中混合了Cu粉、石墨粉、润滑剂等的混合粉填充在模具中并进行加压成形，然后对其进行烧结来制造。

在汽车部件中，在制造要求高强度的部件(以下称为汽车用高强度烧结部件)时，将合金元素(例如：Ni、Cu、Mo、Cr、Mn等)添加到铁基粉末中而作为原料粉使用的技术得到实用化。在这种原料粉中混合Cu粉、石墨粉、润滑剂等后进行加压成形、进而进行烧结的步骤，与上述普通的汽车用部件相同。但是，汽车用高强度烧结部件，根据需要进行光亮淬火回火处理、渗碳处理等。

另外，作为添加合金元素的方法，有预先将铁基粉末合金化(即预合金化)的方法、将含有所要求的合金元素的合金用粉末与粘合剂一起与铁基粉末混合的方法、将合金用粉末与铁基粉末混合(不使用粘合剂)的方法、将合金用粉末与铁基粉末混合后保持高温而使其冶金性地结合(即扩散附着)的方法等。由这些方法得到的合金钢粉(或混合粉体)的特性、合金元素的均匀度、由烧结得到的合金元素的扩散状态各不相同。因此，合金元素的选择和添加方法的选择是对烧结体的品质产生巨大影响的重要因素。

例如，专利文献1中公开了将使Ni、Cu、Mo等金属粉末扩散附着于铁粉而得的粉末作为原料粉使用的技术。该技术通过将原料粉加压成形后进行的烧结，使Ni、Cu、Mo等从附着于铁粉表面的金属粉末扩散至铁粉中，从而使铁粉合金化。但是，由于Ni、Cu、Mo等的扩散需要长时间，因此为了使铁粉充分地合金化，需要长时间的烧结，烧结的生产率降低。而且，为了得到汽车用高强度烧结部件所要求的强度，必须大量使用Ni、Cu、Mo等金属粉末，因此导致原料成本上升。

此外，利用专利文献1所公开的技术制造的烧结体，含有Ni和Cu，存在如下问题：Ni是对人体有害的元素，Cu在回收钢材时作为有害元素而蓄积在废铁中。因此，正在研究不含Ni和Cu的合金钢粉。

例如，专利文献2中公开了含有Mo：0.2～1.4质量％、Cr：0.1～0.3质量％、C：0.10质量％以下、O：0.3质量％以下的合金钢粉。Cr、Mo具有改善淬透性的作用，因此由这种合金钢粉制造的烧结体具有比较高的强度。

专利文献3中公开了含有C：0.1质量％以下、Mn：0.08质量％以下、Cr：0.5～3质量％、Mo：0.1～2质量％、S：0.01质量％以下、P：0.2质量％以下、O：0.2质量％以下的合金钢粉。

专利文献4中公开了含有Cr：1.3～1.7质量％、Mo：0.15～0.3质量％、Mn：0.09～0.3质量％、C：0.01质量％以下、O：0.25质量％以下的合金钢粉。

专利文献1：日本特公昭45-9649号公报

专利文献2：日本特开昭61-117201号公报

专利文献3：日本特开平5-287452号公报

专利文献4：日本特表2005-530037号公报

发明内容

但是，专利文献2和3中公开的合金钢粉，无法容易地得到汽车用高强度烧结部件所要求的高强度。关于专利文献2的合金钢粉，例如，如果增加Cr、Mo的含量，则该问题得到解决，但如果大量添加Cr、Mo，则导致合金钢粉的压缩性降低和原料成本的上升。关于专利文献3的合金钢粉，例如，如果增加Mn含量，则强度的问题得到解决，但由于Mn是容易被氧化的元素，因此如果大量添加Mn，则由于加压成形后的烧结或烧结后的热处理而生成氧化物，烧结体的强度降低。对于专利文献4的合金钢粉而言，由于Cr含量多，因而合金钢粉的压缩性下降，烧结体的密度降低。而且，由于Cr是容易被氧化的元素，因此大量添加Cr时，由于加压成形后的烧结或烧结后的热处理而生成氧化物，烧结体的强度降低。

本发明的目的在于解决如以所述的现有技术的问题，提供一种利用粉末冶金法的烧结体的制造方法，其能够使用不添加Ni和Cu的粉末冶金用合金粉末而廉价地制造高强度的烧结体。

本发明人对能解决上述问题的粉末冶金用合金钢粉的成分条件和烧结体的制造条件进行了详细的研究。其结果发现，通过优化粉末冶金用合金钢粉的Cr含量、Mn含量、Mo含量，并在特定的条件下对原料粉进行高压成形和高温烧结，能够使用不添加Ni和Cu且Mo的添加量较少的合金钢粉来廉价地制造可作为汽车用高强度烧结部件使用的高强度烧结体。

此外可知，即使使用氧量高于一定程度的合金钢粉，通过在合金钢粉中添加充足量的石墨粉末并在烧结时使石墨与氧反应而进行还原，也能够抑制烧结体的强度降低。即，上述粉末冶金用合金钢粉，由于含有易被氧化元素Cr和Mn，因此为了降低其氧量，需要在约1100℃高温的减压气氛中进行还原处理。但是可知，即使使用没有实施这种昂贵的还原处理、而是利用廉价的氢气气氛实施了还原处理的氧量高于一定程度的合金钢粉，如果添加充足量的石墨粉末并进行烧结，则在烧结时合金钢粉的氧与石墨反应而被还原除去，因此也能够抑制烧结体的强度降低。

但是，这种技术很可能发生烧结体中残留的碳量的偏差，但由进一步的研究结果可知，烧结时合金钢粉中氧的还原所使用的石墨量，主要由合金钢粉的Cr量、Mn量及这些元素的氧化率确定，因此给烧结体的强度带来重要影响的烧结体中的C量，能够通过额外添加由合金钢粉的Cr量、Mn量及这些元素的氧化率确定的量的石墨来进行控制。

本发明基于上述见解而完成，其主旨如下。

[1]一种烧结体的制造方法，其特征在于，使用粉末冶金用合金钢粉，在700MPa以上的压力下使上述粉末冶金用合金钢粉或含有上述粉末冶金用合金钢粉的混合粉末成形后，在1150℃～1300℃的温度下进行烧结，其中，上述粉末冶金用合金钢粉含有Cr：0.3～0.7质量％、Mn：0.1～0.5质量％、Mo：0.1～0.5质量％、O：0.25～0.5质量％，余量由Fe及不可避免的杂质构成。

[2]如上述[1]的烧结体的制造方法，其特征在于，混合粉末含有石墨粉末。

[3]如上述[1]或[2]所述的烧结体的制造方法，其特征在于，混合粉末含有相当于烧结体中残留的C量和烧结时与粉末冶金用合金钢粉中的氧反应的C量的总和的量的石墨粉末。

[4]如上述[2]所述的烧结体的制造方法，其特征在于，在粉末冶金用合金钢粉中添加满足下述(1)式的条件的量[％Gr]的石墨粉末，[％Gr]为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，

[％Gr]＝t×(α×0.46×[％Cr]+β×0.29×[％Mn])+γ+[％C]…(1)

其中，[％Cr]：粉末冶金用合金钢粉中的Cr量，其为质量％，

[％Mn]：粉末冶金用合金钢粉中的Mn量，其为质量％，

[％C]：石墨粉末中，在烧结体中残留的C量，其为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，

α：粉末冶金用合金钢粉中的Cr的氧化率，

β：粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，

γ：石墨粉末中，与吸附于粉末冶金用合金钢粉的氧成分以及烧结气氛中所含的氧成分反应所消耗的C量，其为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，其中，γ≤0.2质量％，

t：0.25～0.75。

发明效果

根据本发明，在利用粉末冶金的烧结体的制造方法中，能够使用不添加Ni和Cu且Mo的添加量较少的合金钢粉而廉价地制造可作为汽车用高强度烧结部件使用的高强度烧结体。

附图说明

图1是表示对实施例2的试样编号2、5～7的成形压力和拉伸强度之间的关系与作为现有高强度材料的试样编号8～11的成形压力和拉伸强度之间的关系进行比较的图。

具体实施方式

首先，对本发明中使用的粉末冶金用合金钢粉(以下有时仅称为“合金钢粉”)的化学成分及其限定理由进行说明。

Cr：0.3～0.7质量％

Cr是提高淬透性的元素，通过烧结后的淬火使马氏体相变发生，由此具有提高烧结体强度的效果。如果Cr含量小于0.3质量％，则其效果不充分。另一方面，如果Cr含量超过0.7质量％，则由于固溶硬化，各粒子的硬度增加，且合金钢粉的氧量增加，由此加压成形时的压缩性降低。而且，由于烧结后的淬火时利用气氛的氧化增加，因此无法期待由淬透性提高引起的烧结体强度的大幅提高，反而由压缩性降低引起的烧结体强度的降低变得显著。因此，使Cr含量为0.3～0.7质量％。

Mn：0.1～0.5质量％

Mn是提高淬透性的元素，通过烧结后的淬火使马氏体相变发生，由此具有提高烧结体强度的效果。如果Mn含量小于0.1质量％，则其效果不充分。另一方面，如果Mn含量超过0.5质量％，则由于固溶硬化，各粒子的硬度增加，且合金钢粉的氧量增加，由此加压成形时的压缩性降低，烧结体的强度降低。此外，在弱氧化性气氛(例如烃改性气体气氛等)中进行烧结时，如果过量含有Mn，则烧结后的淬火时利用气氛的氧化增加，因此无法期待由淬透性提高引起的烧结体强度的大幅提高，反而由压缩性降低引起的烧结体强度的降低变得显著。因此，Mn含量为0.1～0.5质量％，优选为0.1～0.25质量％。

Mo：0.1～0.5质量％

Mo通过淬透性提高、固溶强度及析出强化而具有提高烧结体强度的效果。如果Mo含量小于0.1质量％，则其效果不充分。另一方面，如果Mo含量超过0.5质量％，则加压成形时的压缩性降低，因此无法期待烧结体强度的大幅提高，反而伴随着Mo的添加量增加而原料成本显著上升。因此，使Mo含量为0.1～0.5质量％。

O：0.25～0.5质量％

为了使O含量小于0.25质量％，需要在非常洁净的还原气氛中或减压气氛下的还原处理，制造成本增大。另一方面，如果O含量超过0.5质量％，则压缩性降低，且烧结受到阻碍，因此烧结体的强度降低。因此，使O含量为0.25～0.5质量％，优选为0.25～0.35质量％。

通常，在含有Cr、Mn等易被氧化元素的合金钢粉中，如果想要减少O含量，则需要在非常洁净的还原气氛中或减压气氛下的还原处理，制造成本增大。针对这种情况，本发明人发现，即使通过在廉价的普通还原气氛中进行还原处理而使合金钢粉中的O含量高达一定程度，也能够在之后的烧结工序中将合金钢粉中的氧还原。因此，在本发明中，使合金钢粉中的O含量为0.25～0.5质量％，比含有普通的易被氧化元素的合金钢粉高。

上述成分以外的余量为Fe及不可避免的杂质。另外，本发明中使用的合金钢粉，优选使C含量为0.01质量％以下，更优选为0.005质量％以下。如果C含量超过0.01质量％，则合金钢粉的各粒子的硬度过高，因此加压成形时的压缩性降低，烧结体的强度容易降低。

例如，如下制造上述的合金钢粉。

将具有规定的化学成分的合金钢熔炼，通过水雾化法制造合金钢粉。在这种水雾化法中，操作条件和所使用装置的构成没有特别的限制，使用现有公知的技术即可。然后，对该合金钢粉实施还原热处理。关于该还原热处理，操作条件和所使用装置的构成没有特别的限制，使用现有公知的技术在氢气气氛等还原性气氛或真空气氛中进行即可。另外，在本发明中，由于通过根据需要在合金钢粉中添加的石墨粉末能够在之后的烧结工序中除去合金钢粉中的氧，因此能够使用廉价的氢气氛进行还原处理。还原处理温度也没有特别的限制，例如为约800℃～约1000℃。从成本的观点出发，优选为950℃以下。

下面，对本发明的制造条件进行说明。

在本发明中，根据需要在上述合金钢粉中添加其他金属粉末、石墨粉末、润滑剂等1种以上并混合后，将合金钢粉或含有上述物质的混合粉填充至模具中进行加压成形，然后进行烧结，从而得到烧结体。

作为上述润滑剂，可以使用例如：硬脂酸锌、硬脂酸锂、油酸、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺等公知的润滑剂中的1种以上。相对于合金钢粉的质量，润滑剂的混合量优选为0.2～1质量％。

作为其他的金属粉末，可以列举例如：Cu粉、Ni粉等。即，在本发明中，即使没有这些金属也能得到足够的烧结体强度，但为了得到更有利的特性，也可以混合各自约4％以下的这些金属粉末。

还可以混合金属粉末以外的合金用粉末或切削性改善用粉末等。例如，作为合金用粉末，可以列举磷化铁粉等，作为切削性改善用粉末，可以列举硫化锰粉末等。

关于上述石墨粉末，在为了进一步提高烧结性而使合金钢粉的氧降低的情况下，可以添加相当于烧结体中残留的C量和烧结时与合金钢粉中的氧反应的C量的总和的量的石墨粉末。即，在后述的烧结温度的范围内，合金钢粉中的氧，与合金钢粉中的Cr和Mn相比更容易与C发生反应，与以石墨粉末的形态提供的C结合，以CO气体的形式被还原除去。由于烧结体中残留的C量减少，因此为了使烧结体中残留所要求的C量，可以事先额外添加该C量的减少部分(即，烧结时与合金钢粉中的氧反应的C量)。

烧结体中残留的C量给烧结体的强度带来大的影响，因此控制烧结体中残留的C量、即预先确定与合金钢粉中的氧反应的C量是极为重要的。对于这个问题，本发明人发现，烧结时合金钢粉中的氧的还原所使用的石墨量，主要由合金钢粉的Cr量、Mn量及这些元素的氧化率确定，因此，烧结体中残留的C量，能够通过额外添加由合金钢粉的Cr量、Mn量及这些元素的氧化率确定的量的石墨而进行控制。

具体而言，可以预先求出合金钢粉中的Cr量[％Cr]和Mn量[％Mn]、以及合金钢粉中的Cr的氧化率α和Mn的氧化率β，相对于烧结体中残留的C量[％C]，通过下述(1)式求出石墨粉末的添加量[％Gr](相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％)，通过在合金钢粉中添加石墨粉末，能够容易地将烧结体中的C量控制为所要求的量。因此，在本发明中，优选在粉末冶金用合金粉末中添加满足下述(1)式的条件的量[％Gr](相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％)的石墨粉末。

[％Gr]＝t×(α×0.46×[％Cr]+β×0.29×[％Mn])+γ+[％C]…(1)

其中，[％Cr]：粉末冶金用合金钢粉中的Cr量(质量％)，

[％Mn]：粉末冶金用合金钢粉中的Mn量(质量％)，

[％C]：石墨粉末中，在烧结体中残留的C量(相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％)，

α：粉末冶金用合金钢粉中的Cr的氧化率，

β：粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，

γ：石墨粉末中，与吸附于粉末冶金用合金钢粉的氧成分以及烧结气氛中所含的氧成分反应所消耗的C量(相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％)。其中，γ≤0.2质量％，

t：0.25～0.75。

在上述(1)式中，α×0.46×[％Cr]是用于将与合金钢粉中含有的Cr结合的氧还原所需要的C量，此外，β×0.29×[％Mn]是用于将与合金钢粉中含有的Mn结合的氧还原所需要的C量，对于含有易被氧化元素Cr和Mn的合金钢粉而言是固有值。即，0.46是通过Cr：52(原子量)、O：16(原子量)由2Cr+3O＝Cr₂O₃的关系计算出的系数，0.29是通过Mn：55(原子量)、O：16(原子量)由Mn+O＝MnO的关系计算出的系数。

此外，在上述(1)式中，系数t的上限：0.75，是指在与合金钢粉中的Cr及Mn结合的氧的总量被还原的情况下，认为O和C以C+O＝CO的形式反应，从而由C和O的质量比(12∶16＝0.75∶1)计算而得到的值。但是，根据烧结条件等的不同，存在Cr氧化物和Mn氧化物的总量没有被还原的情况，因此考虑到没有被还原而残存的氧的量，系数t具有0.25～0.75的范围。系数t可以结合烧结体的制造条件而限制为0.25～0.75的范围内的、更窄的数值范围或数值(例如：t＝0.4～0.75、t＝0.5～0.75、t＝0.5、t＝0.75等)。

此外，氧化率α＝[粉末冶金用合金钢粉中以氧化物的形式含有的Cr量]/[粉末冶金用合金钢粉中的Cr量]，氧化率β＝[粉末冶金用合金钢粉中以氧化物的形式含有的Mn量]/[粉末冶金用合金钢粉中的Mn量]。以氧化物的形式含有Cr量、Mn量可以如下测定：将粉末冶金用合金钢粉溶解在醇中溶解有溴或碘等的卤素-醇溶液中，通过原子吸收光谱法分析其提取残渣中的金属成分。另外，使用的金属钢粉的氧化率α、β没有特别的限制，但为了使(α×0.46×[％Cr]+β×0.29×[％Mn])的值小于0.05质量％，需要非常洁净的还原气氛或减压气氛，成本增大，因此优选使(α×0.46×[％Cr]+β×0.29×[％Mn])的值达到0.05质量％以上的氧化率α、β。

此外，γ是指所添加的石墨粉末中，在与吸附于粉末冶金用合金钢粉的粒子表面的氧成分(含氧气体，以水分的形态吸附的氧成分)和烧结气氛中含有的氧成分(含氧气体，以水分的形式含有的氧成分)的反应中消耗的C量。γ的值可以基于经验标准来确定，也可以研究通常的在类似的成形和烧结条件下处理纯铁粉时的C消耗量，将该C消耗量作为γ。其中，使γ为0.2质量％以下。如果γ超过0.2质量％，则由于在不需要消耗碳的条件下制造烧结体的可能性高，因此优选采取降低吸附于上述粒子表面的氧成分或烧结气氛中含有的氧成分的措施。另一方面，为了使γ小于0.01质量％，需要在到烧结为止的所有工序中进行严格的氧化管理，由于对制造成本也有影响，因此通常优选γ为0.01质量％以上。

另外，实际添加的石墨粉末量相对于目标值[％Gr]的精度可以根据目的来确定。例如，可以在[％Gr]±0.05质量％的范围内。或者，也可以相对于[％Gr]在0.05质量％单位、0.1质量％单位等预定的单位范围内变动。另一方面，当然也可以设定为相对于[％Gr]在0.01质量％单位或更小的精度。

通过使用由上述(1)式确定的量的石墨粉末，能够使来自烧结体中残留的石墨的C量至少在约[％C]±0.05质量％的范围内。

以下，为了便于说明，将加压成形和烧结的“合金钢粉或含有合金钢粉的混合粉”称为“原料粉末”。

在原料粉末的加压成形中，所使用的装置的构成等没有特别的限制，但需要在700MPa以上的压力下进行成形。如果成形压力小于700MPa，则无法得到足够强度的烧结体。此外，在烧结后进行渗碳淬火处理(通常，在渗碳性气体气氛中加热使C固溶(渗碳)于烧结体后，在油中进行淬火的处理)时，如果成形压力小于700MPa，则所得到的成形体的密度不充分，因渗碳性气体气氛中含有的氧而发生晶界氧化(由于渗碳性气体气氛中含有的氧与烧结体中的易被氧化元素Cr、Mn结合而发生的晶界氧化)，烧结体(热处理体)强度降低。与此相对，如果在700MPa以上的成形压力下进行成形，则能得到充分的密度的成形体，因此，即使在烧结后进行渗碳淬火处理时晶界氧化也难以发生，能够得到足够强度的热处理体。

此外，加压成形优选在室温(约20℃)～160℃的温度下进行。例如，如果将模具的温度维持在50～70℃，并填充室温的原料粉末进行加压成形，则能够得到良好的压缩性。此外，也可以使用将模具和原料粉末加热至120～130℃后进行加压成形的技术(即热成形)。

上述加压成形后的烧结需要在1150～1300℃的温度下进行。如果烧结温度低于1150℃，则上述氧的还原反应变得不充分，粉末粒子的结合不充分，因此无法得到足够强度的烧结体。另一方面，如果烧结温度超过1300℃，则发生晶粒的粗大化，强度反而降低。此外，从制造成本的观点出发，特别优选烧结温度为1150～1200℃。

此外，在上述烧结温度下的烧结时间，从烧结性和制造成本的观点出发优选为约20分钟～约120分钟。

此外，进行烧结的气氛，使用还原气体、惰性气体、烃改性气体(即RX气体)等。此外，也可以使气氛为真空。本发明中使用的合金钢粉，由于减少了易被氧化元素Cr、Mo的混合量，因此，即使在RX气体气氛中进行烧结也能够抑制晶界氧化，能得到作为汽车用高强度烧结部件等的充分的特性。

所使用的烧结设备等没有特别的限制，从削减烧结成本的观点出发，优选使用可大量生产的网带炉或推送式炉。

另外，所得的烧结体的氧含量没有特别的限制，但通常优选降低至0.1质量％以下，进一步优选为0.05质量％以下。此外，烧结体C量也没有特别的限制，但通常为约0.1质量％～约0.9质量％。

如上得到的烧结体，即使在烧结后的状态下也可以作为汽车用高强度烧结部件使用。但是，也可以根据需要实施渗碳淬火(即CQT)、光亮淬火(即BQT)、高频淬火、渗碳氮化热处理等热处理。在实施渗碳淬火、光亮淬火、高频淬火时，优选进一步进行回火。通过进行这些热处理，作为汽车用高强度烧结部件的特性进一步提高。另外，在这些热处理中，操作条件和所使用的装置的构成没有特别的限制，使用现有公知的技术即可。

实施例

[实施例1]

使用向表1所示组成的合金钢粉中添加使烧结后的C量(烧结体C量)为0.3质量％的量的石墨粉末并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末在700MPa的成形压力下成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中、1200℃下进行烧结。对该长方体状烧结体实施渗碳淬火回火后，测定拉伸强度和冲击值，同时观察金属组织。此外，对渗碳淬火回火前的烧结体进行C分析。将这些结果一并示于表1。

在表1中，合金钢粉的Cr量少的试样编号1(比较例)，由于生成的马氏体量少，因此烧结体的拉伸强度低。另一方面，Cr量过多的试样编号4(比较例)，由于发生了晶界氧化，因此该情况下烧结体的拉伸强度也低。与此相对，作为本发明例的试样编号2、3，由于确保了充分的淬透性，因此烧结体具有1000MPa以上的高拉伸强度。

另外，合金钢粉的Mn量少的试样编号5(比较例)，由于生成的马氏体量少，因此烧结体的拉伸强度低。另一方面，Mn量过多的试样编号8(比较例)，由于发生了晶界氧化，因此该情况下烧结体的拉伸强度也低。与此相对，作为本发明例的试样编号6、7，由于确保了充分的淬透性，因此烧结体具有1000MPa以上的高拉伸强度。

另外，合金钢粉的Mo量少的试样编号9(比较例)，由于生成的马氏体量少，因此烧结体的拉伸强度低。另一方面，Mo量过多的试样编号12(比较例)，由于原料粉体的压缩性降低，因此该情况下烧结体的拉伸强度也低。与此相对，作为本发明例的试样编号10、11，由于确保了充分的淬透性，因此烧结体具有1000MPa以上的高拉伸强度。

另外，合金钢粉的O量过多的试样编号16(比较例)，由于原料粉体的压缩性降低，因此烧结体的拉伸强度低。与此相对，作为本发明例的试样编号13～15的烧结体具有1000MPa以上的高拉伸强度。

表1

^*1相对于合金钢粉的质量的质量％

[实施例2]

使用向实施例1(表1)的试样编号2所使用的合金钢粉(Cr：0.3质量％、Mn：0.3质量％、Mo：0.2质量％、C：0.004质量％、O：0.3质量％、余量为Fe及不可避免的杂质)中添加使烧结后的C量(烧结体C量)为0.3质量％的量的石墨粉末和成形润滑剂(硬脂酸锌)并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中进行烧结。对该长方体状烧结体实施渗碳淬火回火后，测定拉伸强度和密度。将该结果与成形压力及烧结温度一同示于表2。此外，图1中示出了试样编号2，5～7的成形压力和拉伸强度之间的关系与作为现有高强度材料的试样编号8～11的成形压力和拉伸强度之间的关系的比较结果。

在表2中，烧结温度过低的试样编号1(比较例)，由于合金钢粉粒子的结合不充分，而且在渗碳淬火时发生了晶界氧化，因此烧结体的拉伸强度低。另一方面，烧结温度过高的试样编号4(比较例)，由于发生了晶粒的粗大化，因此该情况下烧结体的拉伸强度也低。此外，如图1所示，加压成形时的压力过低的试样编号5、6(比较例)，由于密度低，因此渗碳淬火时发生了晶界氧化，因此与现有的高强度材料(试样编号8～11)相比拉伸强度显著降低。与此相对，作为本发明例的试样编号2、3、7的烧结体，具有1000MPa以上的高拉伸强度。

表2

^*1现有高强度材料：Fe-0.5％Ni-0.5％Mo-0.3％C

[实施例3]

使用向表3所示组成的合金钢粉中添加石墨粉末并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末在700MPa的成形压力下成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中、1200℃下进行烧结。测定该长方体状烧结体的拉伸强度，同时进行C分析。将这些结果一并示于表3。

在表3中，试样编号1～4由于将石墨粉末的添加量固定在0.60质量％，因此在合金钢粉中的氧量增加的同时，脱碳量增加，烧结体的C量出现偏差，从而拉伸强度大幅变化。另一方面，试样编号5～7由于考虑到烧结时与氧反应的量来添加石墨粉末，因此烧结体的C量与拉伸强度没有出现实质的偏差。

表3

^*1相对于合金钢粉的质量的质量％

[实施例4]

使用向表4所示组成的合金钢粉中添加由上述(1)式(t＝0.75、γ＝0.1质量％)求得的量的石墨粉末以使烧结后的C量(烧结体C量)为0.4质量％并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末在成形压力700MPa下成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中、1200℃下进行烧结。对该长方体状烧结体实施渗碳淬火回火后，测定拉伸强度和冲击值，同时观察金属组织。此外，对渗碳淬火回火前的烧结体进行C分析。将这些结果一并示于表4。

由表4可知，所有的烧结体(除No.16的烧结体以外)的通过C分析测定的C量均为约0.40质量％(±0.03质量％)，通过上述(1)式能够正确地求出石墨粉末相对于目标烧结体中C量的添加量。另外，合金钢粉中的氧含量多的No.16，烧结体C量大幅偏离(1)式的目标值(0.40质量％)，认为这是由于γ大幅偏离(1)式的设定值0.1质量％的缘故。

表4

^*1相对于合金钢粉的质量的质量％

[实施例5]

使用向表5所示组成的合金钢粉中添加石墨粉末并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末在700MPa的成形压力下成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中、1200℃下进行烧结。测定该长方体状烧结体的拉伸强度，同时进行C分析。将这些结果一并示于表5。

在表5中，试样编号1～4中石墨粉末的添加量固定在0.60质量％。这些试样在合金钢粉中的氧量增加的同时，脱碳量增加，烧结体的C量出现偏差，从而拉伸强度大幅变化。另一方面，试样编号5～7考虑到烧结时与氧反应的C量，添加了根据上述(1)式(t＝0.75、γ＝0.1质量％)求得的量的石墨粉末。这些烧结体的C量与拉伸强度没有出现实质的偏差。

表5

^*1相对于合金钢粉的质量的质量％

[实施例6]

使用向表6所示组成的合金钢粉中添加石墨粉末并进行混合而得到的原料粉末。将该原料粉末在700MPa的成形压力下成形为底面为10mm×60mm的长方体状成形体，在氮气气氛中、1150℃下进行烧结。测定该长方体状烧结体的拉伸强度，同时进行C分析。将这些结果一并示于表6。

在表6中，试样编号1～3考虑到烧结时与氧反应的C量，添加了根据上述(1)式(t＝0.5、γ＝0.1质量％)求得的量的石墨粉末，使烧结体C量为0.5质量％。这些试样的烧结体的C量与拉伸强度没有出现实质的偏差。

表6

^*1相对于合金钢粉的质量的质量％

产业上的利用可能性

根据本发明，在利用粉末冶金法的烧结体的制造方法中，能够使用不添加Ni和Cu且Mo的添加量较少的合金钢粉而廉价地制造可作为汽车用高强度烧结部件使用的高强度烧结体。

Claims (4)

1.一种烧结体的制造方法，其特征在于，使用粉末冶金用合金钢粉，在700MPa以上的压力下使所述粉末冶金用合金钢粉或含有所述粉末冶金用合金钢粉的混合粉末成形后，在1150℃～1300℃的温度下进行烧结，其中，所述粉末冶金用合金钢粉含有Cr：0.3～0.7质量％、Mn：0.1～0.5质量％、Mo：0.1～0.5质量％、O：0.25～0.5质量％，余量由Fe及不可避免的杂质构成。

2.如权利要求1所述的烧结体的制造方法，其特征在于，混合粉末含有石墨粉末。

3.如权利要求1或2所述的烧结体的制造方法，其特征在于，混合粉末含有相当于烧结体中残留的C量和烧结时与粉末冶金用合金钢粉中的氧反应的C量的总和的量的石墨粉末。

4.如权利要求2所述的烧结体的制造方法，其特征在于，在粉末冶金用合金钢粉中添加满足下述(1)式的条件的量[％Gr]的石墨粉末，[％Gr]为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，

[％Gr]＝t×(α×0.46×[％Cr]+β×0.29×[％Mn])+γ+[％C]…(1)

其中，[％Cr]：粉末冶金用合金钢粉中的Cr量，其为质量％，

[％Mn]：粉末冶金用合金钢粉中的Mn量，其为质量％，

[％C]：石墨粉末中，在烧结体中残留的C量，其为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，

α：粉末冶金用合金钢粉中的Cr的氧化率，

β：粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，

γ：石墨粉末中，与吸附于粉末冶金用合金钢粉的氧成分以及烧结气氛中所含的氧成分反应所消耗的C量，其为相对于粉末冶金用合金钢粉的质量的质量％，其中，γ≤0.2质量％，

t：0.25～0.75。

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