CN107614159A

CN107614159A - 铁基粉末冶金用混合粉和其制造方法、以及使用其制作的烧结体

Info

Publication number: CN107614159A
Application number: CN201680029965.0A
Authority: CN
Inventors: 赤城宣明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-01-19
Also published as: KR102113996B1; US20180104739A1; WO2016190037A1; EP3305439A1; JP6480266B2; KR20180008730A; JP2016222945A; EP3305439B1; EP3305439A4

Abstract

本发明的铁基粉末冶金用混合粉以烧结后的CaS的重量比率达到0.01重量％以上且0.1重量％以下的方式包含含有II型无水硫酸钙的粉末。优选所述含有II型无水硫酸钙的粉末的体积平均粒径为0.1μm以上且60μm以下，优选还包含选自由Ca‑Al‑Si系氧化物和Ca‑Mg‑Si系氧化物构成的组中的一种以上3元系氧化物。所述3元系氧化物与所述烧结后的CaS的重量比优选3∶7～9∶1。

Description

铁基粉末冶金用混合粉和其制造方法、以及使用其制作的烧结体

技术领域

本发明涉及铁基粉末冶金用混合粉及使用其制作的烧结体，尤其涉及以特定的比例包含II型无水硫酸钙的铁基粉末冶金用混合粉及使用其制作的烧结体。

背景技术

粉末冶金作为各种机械部件的工业化生产方法被广泛使用。铁基粉末冶金的步骤中，首先，通过将铁基粉末和铜(Cu)粉末、镍(Ni)粉末等合金用粉末、石墨粉、润滑剂混合而准备混合粉末。然后，将该混合粉末填充到模具中并挤压成形，进行烧结，由此制作烧结体。最后，对该烧结体实施如钻孔加工、车削加工等切削加工，由此获得所期望形状的机械部件。

理想的粉末冶金，是以对于烧结体不实施切削加工而将该烧结体作为机械部件能够使用的方式来进行加工。但是，有时上述烧结会使原料粉末产生不均匀的收缩。近年，机械部件所要求的尺寸精度高，部件形状复杂化。因此，对烧结体实施切削加工日益成为必需。在这样的技术背景之下，对于烧结体赋予了被切削性，以便顺利加工该烧结体。

作为赋予上述被切削性的方案，有将硫化锰(MnS)粉末添加到混合粉末中的方法。硫化锰粉末的添加对于如钻孔等相对低速的切削加工是有效的。但是，硫化锰粉末的添加存在如下问题：在近年的高速切削加工中未必也有效、发生烧结体污染、机械强度下降等。

专利文献1(日本专利公开公报特公昭52－16684号)公开了一种上述硫化锰的添加以外的、赋予被切削性的方法。专利文献1公开了一种烧结钢，其来自包含铁粉、所需量的碳和铜的铁系原料粉，并且含有0.1～1.0％的硫化钙(CaS)、0.1～2％的碳(C)和0.5～5.0％的铜(Cu)。

专利文献1公开的使铁系原料粉包含硫化钙的方案，存在机械部件的强度大幅降低、混合粉末经时变化而品质(product quality)不稳定等问题。此外，利用切削工具加工专利文献1公开的烧结钢时，切屑难以被微细地分割。由于该原因，难以说专利文献1公开的烧结钢优异到满足目前的切屑处理性要求的程度。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于：提供一种铁基粉末冶金用混合粉，能够制作具有稳定的品质和性能的烧结体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特公昭52－16684号

发明内容

本发明的铁基粉末冶金用混合粉，以烧结后的CaS的重量比率达到0.01重量％以上且0.1重量％以下的方式包含含有II型无水硫酸钙的粉末。

本发明的铁基粉末冶金用混合粉的制造方法，包括：在350℃以上且900℃以下加热包含二水石膏或半水石膏的粉末，由此制作含有II型无水硫酸钙的粉末的步骤；和，将所述含有II型无水硫酸钙的粉末与铁基粉末混合的步骤。

附图说明

图1是示出切屑处理性良好的切屑外观的一个例子的图像。

图2是示出切屑处理性不是良好的切屑外观的一个例子的图像。

图3是用金属陶瓷片对实施例26中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

图4是用金属陶瓷片对实施例30中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

图5是用金属陶瓷片对实施例32中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

图6是用金属陶瓷片对实施例33中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

图7是用金属陶瓷片对实施例34中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

图8是用金属陶瓷片对参考例1中制作的烧结体进行车削后的工具前刀面的摩耗部分的观察图像。

具体实施方式

为了达到上述目的，本发明人研究了专利文献1公开的烧结体为什么会随着时间的经过而品质和性能下降。并且，本发明人查明了：若烧结体包含硫化钙和半水石膏(以下将这两种成分记作“CaS成分”)，则该烧结体的品质和性能下降。即，本发明人发现了：CaS成分会吸收大气中的水分而变成硫酸钙二水合物(CaSO₄·2H₂O)；并且，CaS成分会通过硬化反应而聚集成63μm以上的粗粒。据此，明确了：CaS成分在混合粉或烧结体中不均匀分散而会使烧结体的被切削性降低；并且，CaS成分所吸附的水分在烧结中膨胀而会使烧结体的强度降低。

本发明人基于上述见解，对于吸湿性低的硫酸钙的晶体结构进一步进行了深入研究，从而完成了以下所示的本发明。

根据本发明，可以提供一种铁基粉末冶金用混合粉，能够制作具有稳定的品质和性能的烧结体。

以下对本发明的铁基粉末冶金用混合粉和其制造方法进行具体说明。

＜铁基粉末冶金用混合粉＞

本发明的铁基粉末冶金用混合粉是将铁基粉末与含有II型无水硫酸钙的粉末(以下也记作“II型CaSO₄粉末”)混合而成的混合粉。在该混合粉中可以适当添加如3元系氧化物、2元系氧化物、合金用粉末、石墨粉末、润滑剂、粘结剂等各种添加剂。除了这些以外，在铁基粉末冶金用混合粉的制造过程中，该混合粉也可以包含微量的不可避免的杂质。将本发明的铁基粉末冶金用混合粉填充到模具等中并进行成形，其后进行烧结，由此可以得到烧结体。对由此制作的烧结体实施切削加工，就可以用于各种机械部件。该烧结体的用途和制造方法将在后文叙述。

＜铁基粉末＞

铁基粉末是构成铁基粉末冶金用混合粉的主要构成成分，相对于铁基粉末冶金用混合粉整体优选以60重量％以上的重量比率来被包含。需要说明的是，该铁基粉末的重量％是指在除了润滑剂以外的铁基粉末冶金用混合粉总重量中所占的比率。以下，在规定各成分的重量％时，其规定都是指在除了润滑剂以外的铁基粉末冶金用混合粉总重量中所占的重量比率。

作为上述铁基粉末，可以使用：如雾化铁粉、还原铁粉等纯铁粉；部分扩散合金化钢粉；完全合金化钢粉；或者，使合金成分在完全合金化钢粉中部分扩散而得的混合型钢粉等。铁基粉末的体积平均粒径优选50μm以上，更优选70μm以上。在铁基粉末的体积平均粒径为50μm以上的情况下，处理性优异。此外，铁基粉末的体积平均粒径优选200μm以下，更优选100μm以下。在铁基粉末的体积平均粒径为200μm以下的情况下，容易进行精密形状的成形且得到充分的强度。

＜II型CaSO₄粉末＞

本发明的铁基粉末冶金用混合粉的特征在于：包含含有II型无水硫酸钙的粉末(II型CaSO₄粉末)。本发明颠覆了此前(例如专利文献1)的技术常识，所述技术常识是指：只要添加烧结后变为硫化钙(CaS)的成分即可，则能够提高烧结体的被切削性，这样的以往见解。换言说，二水石膏(CaSO₄·2H₂O)、III型无水硫酸钙(III型CaSO₄)、半水石膏(CaSO₄·1/2H₂O)等有时出现随着时间的经过而吸收水分从而使烧结体的被切削性降低的情况。相对与此，II型无水硫酸钙由于吸湿性低且不吸收大气中的水分，因此即使以被包含于铁基粉末冶金用混合粉中的状态保存一段时间，质量(mass)也不增加。并且，II型无水硫酸钙在烧结后变成CaS，可以提高烧结体的被切削性。因此，与二水石膏(CaSO₄·2H₂O)、III型无水硫酸钙(III型CaSO₄)、以及半水石膏(CaSO₄·1/2H₂O)相比，包含II型CaSO₄粉末的铁基粉末冶金用混合粉可以使烧结体的各种性能稳定地提高。

II型CaSO₄粉末是含有II型无水硫酸钙作为主要成分的物质，也可以含有二水石膏(CaSO₄·2H₂O)、III型无水硫酸钙(III型CaSO₄)、半水石膏(CaSO₄·1/2H₂O)等。II型CaSO₄粉末在II型无水硫酸钙中所占的重量比率越多越优选，II型无水硫酸钙的重量比率更优选70重量％以上，进一步优选80重量％以上，特别优选仅含有II型无水硫酸钙。此外，II型CaSO₄粉末的表面可以被后述润滑剂或粘结剂覆盖。

II型CaSO₄粉末优选以烧结后的CaS的重量比率达到0.01重量％以上且0.1重量％以下的方式被包含在铁基粉末冶金用混合粉中。就II型CaSO₄粉末而言，更优选烧结后的CaS的重量比率为0.02重量％以上，进一步优选烧结后的CaS的重量比率为0.03重量％以上。以这样的重量比率包含CaS的烧结体的被切削性特别优异。II型CaSO₄粉末以烧结后的CaS的重量比率达到0.09重量％以下，更优选0.08重量％以下的方式来被包含。以这样的重量比率包含CaS，就可以提高烧结体的强度。

在此，“烧结后的CaS的重量比率”是指在对铁基粉末冶金用混合粉进行烧结而得到的烧结体中CaS所占的重量比率。该烧结后的烧结体所含的CaS的重量比率可以通过烧结前所含的II型CaSO₄粉末的重量比率来调整。

就烧结体所含的CaS的重量比率而言，其通过钻孔等对烧结体进行加工而采集试样片，对该试样片所含的Ca的重量进行定量分析，将得到的Ca的重量换算成CaS的重量，则计算出。该换算通过除以Ca的原子量(40.078)并乘以CaS的分子量(72.143)来进行。Ca在烧结时几乎不会反应且不会消失，因此Ca的重量在烧结前后不变，Ca和S以1∶1键合。

II型CaSO₄粉末的体积平均粒径优选0.1μm以上，更优选0.5μm以上，进一步优选1μm以上。此外，II型CaSO₄粉末的体积平均粒径优选60μm以下，更优选30μm以下，进一步优选20μm以下。这样的体积平均粒径的II型CaSO₄粉末，例如可以如下得到：将半水石膏在350℃以上且900℃以下加热，保持1小时以上且10小时以下，然后对其进行粉碎并分级，由此得到。II型CaSO₄粉末的体积平均粒径越小，则即使II型CaSO₄粉末的添加量减少也能够提高烧结体的被切削性。上述体积平均粒径为使用激光衍射式粒度分布测定装置(日机装制Microtrac“MODEL9320－X100”)得到的粒度分布中的累计值为50％的粒度D₅₀的值。

将II型CaSO₄粉末的体积平均粒径设为R(μm)，并且将烧结后的烧结体中所含的CaS的重量比率设为W(重量％)时，R^1/3/W的下限优选15以上，更优选20以上，进一步优选25以上。此外，R^1/3/W的上限优选400以下，更优选340以下，进一步优选270以下。该规定基于本发明人的经验而作出，所述经验是指：体积平均粒径和重量比率之间的关系是与烧结体的各特性相关，其中，体积平均粒径是与体积比的立方根成比例。通过满足这样的数值范围，可以得到压环强度、被切削性和切屑处理性均良好的烧结体。

＜3元系氧化物＞

为了提高将烧结体长时间切削加工时的被切削性，可以添加3元系氧化物。上述3元系氧化物，其与II型CaSO₄粉末的添加协同地，会显著提高烧结体的被切削性。在此，3元系氧化物是指3种元素的复合氧化物，具体优选选自由Ca、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Mn、Fe和Zn构成的组中的3种元素的复合氧化物，更优选Ca-Al-Si系氧化物、Ca-Mg-Si系氧化物等。作为Ca-Al-Si系氧化物，可以列举2CaO·Al₂O₃·SiO₂等。作为Ca-Mg-Si系氧化物，可以列举2CaO·MgO·2SiO₂等。其中，优选添加2CaO·Al₂O₃·SiO₂。上述2CaO·Al₂O₃·SiO₂与切削工具中或切削工具上施加的涂层所含的TiO₂反应，在切削工具的表面形成保护皮膜，因此可以显著提高切削工具的耐摩耗性。

对于3元系氧化物的形状没有特别限定，优选：球形；或者，圆形稍微变形而成的形状，即大体具有圆形的形状。

3元系氧化物的体积平均粒径的下限优选0.1μm以上，更优选0.5μm以上，进一步优选1μm以上。体积平均粒径越小，越具有少量添加也可以提高烧结体的被切削性的倾向。此外，3元系氧化物的体积平均粒径的上限优选15μm以下，更优选10μm以下，进一步优选9μm以下。在体积平均粒径过大的情况下，难以提高烧结体的被切削性。3元系氧化物的体积平均粒径为通过与上述II型CaSO₄粉末同样的测定方法测定出的值。

3元系氧化物的含量下限优选0.01重量％以上，更优选0.03重量％以上，进一步优选0.05重量％以上。此外，3元系氧化物的含量上限优选0.25重量％以下，更优选0.2重量％以下，进一步优选0.15重量％以下。通过以这样的重量比率来包含，可以得到既抑制成本又在长期切削加工中被切削性优异的烧结体。通过将3元系氧化物与II型CaSO₄粉末组合使用，即使3元系氧化物的添加量少，也可以提高长期切削加工中的被切削性。

就3元系氧化物与烧结后的CaS的重量比而言，优选以1∶9～9∶1的比例来包含，更优选3∶7～9∶1，进一步优选4∶6～7∶3。通过以这样的重量比包含两成分，可以显著提高烧结体的被切削性。

＜2元系氧化物＞

为了提高对烧结体进行切削加工时的切削初期的被切削性，可以添加2元系氧化物。在此，2元系氧化物是指两种元素的复合氧化物，具体优选选自由Ca、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Mn、Fe和Zn构成的组中的两种元素的复合氧化物，更优选Ca-Al系氧化物、Ca-Si系氧化物等。作为Ca-Al系氧化物，可以列举CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃等。作为Ca-Si系氧化物，可以列举2CaO·SiO₂等。

2元系氧化物的形状、体积平均粒径、其测定方法以及重量比率优选与上述3元系氧化物的各特征相同。

＜2元系氧化物和3元系氧化物＞

本发明的铁基粉末冶金用混合粉优选包含以合计重量计为0.02重量％以上且0.3重量％以下的2元系氧化物和3元系氧化物两者。上述氧化物的合计重量优选0.05重量％以上，更优选0.1重量％以上。从成本的观点出发，2元系氧化物和3元系氧化物的重量比率越少越优选。此外，上述氧化物的合计重量优选0.25重量％以下，更优选0.2重量％以下。通过氧化物的合计重量为0.25重量％以下，可以确保烧结体的压环强度足够。

就2元系氧化物与烧结后的CaS的重量比而言，优选以1∶9～9∶1的比例来包含，更优选3∶6～9∶1，进一步优选4∶6～7∶3。通过以这样的重量比包含两成分，可以制作切削初期的被切削性优异的烧结体。

＜合金用粉末＞

为了促进铁基粉末彼此的结合且提高烧结后的烧结体的强度，可以添加合金用粉末。相对于铁基粉末冶金用混合粉整体，优选包含0.1重量％以上且10重量％以下的该合金用粉末。在0.1重量％以上的情况下，可以提高烧结体的强度，此外，在10重量％以下的情况下，可以确保烧结体烧结时的尺寸精度。

作为上述合金用粉末，可以列举：铜(Cu)粉、镍(Ni)粉、Mo粉、Cr粉、V粉、Si粉、Mn粉等非铁金属粉末；氧化亚铜粉末等。可以单独使用其中一种，也可以组合使用其中两种以上。

＜润滑剂＞

为了容易从模具中取出在模具内压缩铁基粉末冶金用混合粉而得到的成形体，可以在铁基粉末冶金用混合粉中添加润滑剂。换言说，通过在铁基粉末冶金用混合粉中添加润滑剂，来可以降低从模具中取出成形体时的取出压力(withdrawing pressure)，从而可以防止成形体的裂纹和模具的损伤。润滑剂可以添加到铁基粉末冶金用混合粉中，也可以涂布在模具的表面。在将润滑剂添加到铁基粉末冶金用混合粉中的情况下，相对于铁基粉末冶金用混合粉的重量，润滑剂优选被包含0.01质量％以上且1.5质量％以下，更优选被包含0.1质量％以上且1.2质量％以下，进一步优选被包含0.2质量％以上且1.0质量％以下。在润滑剂的含量为0.01质量％以上的情况下，容易得到降低成形体取出压力的效果。在润滑剂的含量为1.5质量％以下的情况下，容易得到高密度的烧结体，可以得到强度高的烧结体。

上述润滑剂可以使用选自由金属皂(硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸锌等)、硬脂酸单酰胺、脂肪酸酰胺、酰胺蜡、烃系蜡和交联(甲基)丙烯酸烷基酯树脂构成的组中的一种以上。其中，从使合金用粉末、石墨粉末等附着在铁基粉末表面的性能良好、且容易减轻铁基混合粉末的偏析的观点出发，优选使用酰胺系润滑剂。

＜粘结剂＞

为了使合金用粉末、石墨粉末等附着在铁基粉末表面，可以添加粘结剂。作为粘结剂，使用丁烯系聚合物、甲基丙烯酸系聚合物等。作为丁烯系聚合物，优选使用：由丁烯单独构成的1－丁烯均聚物；或者，丁烯与烯烃的共聚物。作为该烯烃，优选低级烯烃，优选乙烯或丙烯。作为甲基丙烯酸系聚合物，可以使用选自由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯构成的组中的一种以上。

相对于铁基粉末冶金用混合粉的重量，粘结剂优选被包含0.01质量％以上且0.5质量％以下，更优选被包含0.05质量％以上且0.4质量％以下，进一步优选被包含0.1质量％以上且0.3质量％以下。

＜铁基粉末冶金用混合粉的制造方法＞

在本发明的铁基粉末冶金用混合粉的制作中，首先，制作被包含在铁基粉末冶金用混合粉中的II型CaSO₄粉末。II型CaSO₄粉末优选如下得到：将体积平均粒径为0.1μm以上且60μm以下的半水石膏或二水石膏在300℃以上且900℃以下加热，从而得到。就半水石膏或二水石膏的体积平均粒径而言，考虑到加热时的聚集，优选使用与II型CaSO₄粉末的体积平均粒径同等粒径或稍小粒径者。加热温度的下限优选350℃以上，更优选400℃以上。此外，加热温度的上限优选800℃以下，更优选700℃以下，进一步优选500℃以下。通过加热温度设为900℃以下，来可以得到粒径为100μm以下的II型CaSO₄粉末，该粉末是作为混合到铁基粉末中的粉末是通常的。尤其是通过加热温度设为700℃以下，来可以在不易发生半水石膏或二水石膏的聚集并且以维持半水石膏或二水石膏的体积平均粒径的状态下，得到II型CaSO₄粉末。在加热温度高的情况下，由于发生牢固的聚集，因此优选进行粉碎工序。通过加热温度设为300℃以上，来可以使半水石膏或二水石膏的水分被脱去而形成II型CaSO₄粉末。在加热温度低的情况下，由于不形成II型无水CaSO₄而形成III型无水CaSO₄，因此不优选。

就加热时间而言，优选确保使半水石膏或二水石膏能够脱水而变为II型硫酸钙的时间，优选1小时以上且8小时以下。加热温度越高则加热时间可以越短。在加热时间短的情况下，有时部分半水石膏尚未变成II型硫酸钙而以半水石膏状态残存，或者变成III型无水硫酸钙。因此，加热时间优选2小时以上，更优选3小时以上。

本发明的铁基粉末冶金用混合粉例如可以如下制作：使用机械搅拌式混合机，将铁基粉末和上述制作的II型CaSO₄粉末混合，由此制作。除了这些粉末以外，还可以适当添加如3元系氧化物、合金用粉末、石墨粉末、润滑剂、2元系氧化物、粘结剂等各种添加剂。作为上述机械搅拌式混合器，例如可以列举高速混合机、垂直螺旋混合机、V型混合机、双锥形混合器等。就上述各粉末的混合顺序而言，没有特别限定。就混合温度而言，没有特别限定，但是，从在混合工序中抑制铁基粉末的氧化的观点出发，优选150℃以下。

＜烧结体的制造方法＞

将上述制作的铁基粉末冶金用混合粉填充到模具中后，施加300MPa以上且1200MPa以下的压力，从而制造压粉成形体。此时的成形温度优选25℃以上且150℃以下。

利用通常的烧结方法来烧结上述制作的压粉成形体，由此可以得到烧结体。烧结条件可以为非氧化性气氛或还原性气氛。上述压粉成形体优选在氮气气氛、氮气和氢气的混合气氛、或者烃等气氛中在1000℃以上且1300℃以下的温度下进行5分钟以上且60分钟以下的烧结。

＜烧结体＞

如上制作的烧结体可以根据需要用切削工具等各种工具进行加工，从而可以作为汽车、农机具、电动工具、家电产品等的机械部件来使用。作为对上述烧结体进行加工的切削工具，例如可以列举钻头、立铣刀、切片加工用切削工具、车削加工用切削工具、铰刀、丝锥等。

根据上述实施方式的铁基粉末冶金用混合粉，能够制作具有稳定的品质和性能的烧结体。上述实施方式的铁基粉末冶金用混合粉所含的II型无水硫酸钙由于吸湿性低且不吸收大气中的水分，因此含有II型无水硫酸钙的粉末即使在大气中保存一段时间，质量(mass)也不会增加。因此，不使用硫化钙和半水石膏而是使用含有II型无水硫酸钙的粉末(II型CaSO₄粉末)，来作为烧结后形成CaS的成分，可以使烧结体的各种性能稳定地提高。

在上述实施方式中，由于II型CaSO₄粉末的体积平均粒径为0.1μm以上且60μm以下，因此可以提高烧结体的被切削性。

在将上述II型CaSO₄粉末的体积平均粒径设为Rμm，并且将烧结后的烧结体所含的CaS的重量比率设为W重量％时，由于R^1/3/W为15以上且400以下，因此可以得到压环强度、被切削性和切屑处理性均良好的烧结体。

上述实施方式的铁基粉末冶金用混合粉由于还包含选自由Ca-Al-Si系氧化物和Ca-Mg-Si系氧化物构成的组中的一种以上3元系氧化物，因此可以提高长时间切削时的被切削性。

上述实施方式的铁基粉末冶金用混合粉由于3元系氧化物和烧结后的CaS的重量比为3∶7～9∶1，因此可以提高长期切削时的被切削性。

实施例

以下列举实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些例子限定。

(实施例1)

首先，对市售的半水石膏粉末用筛子以－63/+45μm(体积平均粒径54μm)进行了分级。将分级后的半水石膏在空气加热炉中在350℃加热5小时，由此得到了II型无水硫酸钙粉末(II型CaSO₄粉末)。对该II型CaSO₄粉末用筛子以－63/+45μm(体积平均粒径54μm)进行了分级。所得到的II型CaSO₄粉末的收率为100％。该收率为如下得到的值：从加热后的II型CaSO₄粉末的重量中减去通过分级而被除去的II型CaSO₄粉末的重量而得到重量，计算出该重量相对于加热后的II型CaSO₄粉末的重量的百分率。

然后，相对于纯铁粉(产品名：ATOMEL 300M(株式会社神戸制钢所制))混合2重量％的铜粉末(产品名：CuATW－250(福田金属箔粉工业株式会社制))、0.8重量％的石墨粉(产品名CPB(日本石墨工业株式会社制))、0.75重量％的酰胺系润滑剂(ACRAWAX C(LONZA公司制))和上述制作的II型CaSO₄粉末，由此制作了铁基粉末冶金用混合粉。以使烧结后的碳量达到0.75重量％的分量而添加了所述石墨粉。以使烧结后的CaS的重量达到0.5重量％的分量而添加了所述II型CaSO₄粉末。

使用上述铁基粉末冶金用混合粉制作了两种烧结体。一种是使用了刚制作后的铁基粉末冶金用混合粉来制作的烧结体(以下记作“即时烧结体”)，另一种是使用了制作后在大气中保存10天时间后的铁基粉末冶金用混合粉来制作的烧结体(以下记作“10天后烧结体”)。

即时烧结体的制造步骤如下：首先，将刚制作后的铁基粉末冶金用混合粉填充到模具中，接着进行成形，以便得到呈外径64mm、内径24mm、厚度20mm的环形且成形密度为7.00g/cm³的试验片；然后，将该环形的试验片在10体积％H₂－N₂气氛中在1130℃烧结30分钟，由此制作了烧结体。另一方面，除了将制作后在大气中放置了10天以后的铁基粉末冶金用混合粉填充到模具中这一点不同以外，与即时烧结体同样地制作了10天后烧结体。

(实施例2～8)

就实施例2～8而言，除了按照表1的“热处理温度”一栏中所示那样改变半水石膏的粉末的加热温度这一点不同以外，与实施例1同样地制作了烧结体。

(比较例1～3)

就比较例2～3而言，除了将II型无水硫酸钙变更为表1的“CaS成分”一栏所示的材料这一点不同以外，与实施例1同样地制作了烧结体。就比较例1而言，除了不添加II型无水硫酸钙这一点不同以外，与实施例1同样地制作了烧结体。

＜评价＞

表1中，以“即时烧结体/10天后烧结体”形式记载了成形体密度、烧结体密度、压环强度和工具摩耗量的评价结果。该记载中夹着斜线，其左侧的值为即时烧结体的评价结果，其右侧的值为10天后烧结体的评价结果。

各实施例和各比较例的即时烧结体和10天后烧结体的成形体密度和烧结体密度采用了基于日本粉末冶金工业会标准(JPMA M 01)测定的值。此外，压环强度采用了基于JIS Z 2507―2000测定各实施例和各比较例的各烧结体而得到的值。压环强度越高则烧结体越不容易被破坏，表示强度越高。

对于各实施例和各比较例中制作的烧结体，使用金属陶瓷片(ISO型号：SNGN120408无断屑槽(non-breaker))以圆周速度160m/min、切深0.5mm/pass、进给0.1mm/rev、干式条件车削1150m，通过工具显微镜测定了此时切削工具的工具摩耗量(μm)。将其结果示于表1的“工具摩耗量”一栏。需要说明的是，工具摩耗量的值越小，则表示烧结体的被切削性越优异。

由表1所示的各实施例和各比较例的结果可知：通过如各实施例那样包含II型CaSO₄粉末来作为CaS成分，即时烧结体和10天后烧结体的各种特性(烧结体密度、压环强度和工具摩耗量)几乎达到同等。另一方面，比较例2和3包含CaS本身或半水石膏作为CaS成分，因此10天后烧结体的各种特性与即时烧结体相比显著变差。

我们认为，在比较例2和3中，10天后烧结体的品质和性能变差的原因在于：在将铁基粉末冶金用混合粉放置10天的期间，铁基粉末冶金用混合粉中的CaS或半水石膏吸收了水分。即，我们认为，比较例2和3在10天的大气下保存中，铁基粉末冶金用混合粉中的CaS本身或半水石膏吸收了水分，从而产生了烧结体的密度下降或压环强度下降。需要说明的是，由于比较例1不含CaS成分，因此即时烧结体和10天后烧结体的工具摩耗量都显著高，烧结体的被切削性显著低。

此外，与实施例1～7相比，实施例8中的10天后烧结体与即时烧结体相比各种性能均变差。我们认为，其原因在于：实施例8的半水石膏加热温度低于实施例1～7，从而部分半水石膏不变为II型硫酸钙而变为III型硫酸钙或者以半水石膏状态残留，这些成分显示出吸湿性。但是，实施例8中得到的烧结体的各种性能的稳定性与比较例1～3相比格外优异。因此可知：即使如实施例8那样不使半水石膏全部变成II型硫酸钙，也可以得到提高烧结体的稳定性的效果。

着眼于表1中实施例1～7的“收率”，观察到存在半水石膏的加热温度越高则收率越下降的倾向。我们认为，其原因在于：加热温度越高则II型硫酸钙越聚集成大型的粒状物，该大型的粒状物通过分级而被除去了。因此可知：为了高效率地得到包含II型硫酸钙的粉末，优选将半水石膏的加热温度设为350℃以上且600℃以下。

由表1所示的结果可知：通过包含II型CaSO₄粉末作为CaS成分，即时烧结体和10天后烧结体的各种特性(烧结体密度、压环强度和工具摩耗量)几乎达到同等，烧结体的品质和性能稳定，显示出本发明的效果。

(实施例9～29)

除了按照表2的“体积平均粒径”和“CaS重量比率”栏中所示那样改变II型CaSO₄粉末的体积平均粒径和烧结后的CaS的重量比率这一点不同以外，与实施例1同样地制作了烧结体，并且通过与实施例1同样的方法评价了各项目。将其结果示于表2。各实施例中使用的II型CaSO₄粉末的体积平均粒径的调整，是通过如下方式进行了。其是对于加热处理后的II型CaSO₄粉末进行各种粉碎和分级的方式。

需要说明的是，实施例9～29也与上述实施例1同样地制作了即时烧结体和10天后烧结体两种并且评价了各自的特性，但是，在全部评价项目中，由于两者的测定值相同或差异微小到可忽略的程度，因此在表2中仅记载了一个测定值。由表2所示的结果可知：使用实施例9～29的铁基粉末冶金用混合粉来制作的烧结体的品质和性能稳定，显示出本发明的效果。

表2中的“切屑处理性”是基于以下的评价基准，来评价了使用金属陶瓷片进行车削所产生的切屑外观的结果。

(切屑处理性的评价基准)

◎：弹簧状的卷数(卷曲数)为1卷以下(例如图1)。

○：卷曲数为1～3卷以内。

×：卷曲数超过3卷(例如图2)。

如图1所示那样，在切屑被微细地分割的情况下，可以减少切削加工机的切屑料斗的清扫频率。另一方面，如图2所示那样，在切屑长长地延伸而呈线圈状的情况下，切屑在切屑料斗内错综复杂地缠绕，清扫变得费劲或者切屑料斗的清扫频率变多，从而生产效率下降，即使可以降低工具摩耗量也不能够长时间自动运转，难以实现省力化和效率化。

由表2所示的结果可知：通过R^1/3/W设为20以上且340以下，来可以制作压环强度、工具摩耗量和切屑处理性均优异的烧结体。另一方面，在R^1/3/W小于20的情况下，观察到存在切屑处理性下降的倾向，而且，在R^1/3/W超过340的情况下，观察到存在压环强度提高的倾向和存在工具摩耗量显著增加的倾向。

(实施例30～34和参考例1～2)

就实施例30～34而言，除了如表3所示那样将部分II型CaSO₄粉末变更为2CaO·Al₂O₃·SiO₂或2CaO·MgO·2SiO₂这一点不同以外，与实施例26同样地制作了烧结体。就参考例1和2而言，除了分别将II型CaSO₄粉末全部变更为2CaO·Al₂O₃·SiO₂或2CaO·MgO·2SiO₂这一点不同以外，与实施例26同样地制作了烧结体。需要说明的是，所使用的2CaO·Al₂O₃·SiO₂和2CaO·MgO·2SiO₂的体积平均粒径为2μm。另外需要说明的是，所使用的II型CaSO₄粉末的体积平均粒径为18.4μm。

对如此制作的各实施例和各比较例的烧结体，利用与实施例26同样的方法来评价了各项目。将其结果示于表3。需要说明的是，实施例30～34也制作了即时烧结体和10天后烧结体两种并且评价了各自的特性，但是，在全部评价项目中，由于两者的测定值相同或差异微小到可忽略的程度，因此在表3中仅记载一个测定值。因此可知：使用实施例30～34的铁基粉末冶金用混合粉来制作的烧结体的品质和性能稳定，显示出本发明的效果。

表3

由表3所示的结果可知：通过将部分II型CaSO₄粉末替换成3元系氧化物，来可以进一步降低工具摩耗量。尤其，如实施例32～34的结果所示，可知：在3元系氧化物和烧结后的CaS的重量比为3∶7～9∶1的情况下，可以显著降低工具摩耗量。

我们认为，这样地能够减少工具摩耗量的理由在于：通过组合使用II型CaSO₄粉末和3元系氧化物，来产生了两者的相互作用。

这样想到的理由在于：在组合使用II型CaSO₄粉末和3元系氧化物的情况下、和在单独使用3元系氧化物的情况下，工具前刀面的摩耗形态和摩耗部分的成分不同。图3～图8分别为用金属陶瓷片(cermet tip)对实施例26、30、32～34和参考例1中制作的烧结体进行车削后通过光学显微镜观察工具前刀面的摩耗部分而得的图像。如图4～7所示，在组合使用II型CaSO₄粉末和3元系氧化物的情况下(实施例30、32～34)，铁的附着减少，未观察到沟状的摩耗。相对与此，在不添加II型CaSO₄粉末而仅添加3元系氧化物的情况下(参考例1)，如图8所示，形成沟状的摩耗，观察到铁的附着。此外，实施例30、32～34的摩耗部分中，在整个摩耗面都检出了3元系氧化物成分，相对与此，在参考例1的摩耗部分中，仅在半月状的摩耗部分的局部检出了3元系氧化物。需要说明的是，在不添加3元系氧化物而仅添加II型CaSO₄粉末的情况下(实施例26)，工具前刀面的半月状摩耗部分的面积比实施例30、32～34小(工具的小面积受到磨耗)并且铁(Fe)的局部附着大。该铁的附着物通过在工具上反复附着和脱落而容易加剧切削工具的摩耗或者有时导致被切削材的表面变得不光滑。

由以上的结果可知：通过如实施例30～34那样组合使用II型CaSO₄粉末和3元系氧化物，可以使烧结体的被切削性变得更加优异。

Claims

1.一种铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，以烧结后的CaS的重量比率达到0.01重量％以上且0.1重量％以下的方式包含含有II型无水硫酸钙的粉末。

2.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，所述含有II型无水硫酸钙的粉末的体积平均粒径为0.1μm以上且60μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，还包含选自由Ca-Al-Si系氧化物和Ca-Mg-Si系氧化物构成的组中的一种以上3元系氧化物。

4.根据权利要求3所述的铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，所述3元系氧化物与所述烧结后的CaS的重量比为3∶7～9∶1。

5.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，将所述含有II型无水硫酸钙的粉末的体积平均粒径设为Rμm，并且将烧结后的烧结体所包含的CaS的重量比率设为W重量％时，R^1/3/W为15以上且400以下。

6.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金用混合粉，其特征在于，所述含有II型无水硫酸钙的粉末被润滑剂或粘结剂覆盖。

7.一种烧结体，其特征在于，通过烧结权利要求1所述的铁基粉末冶金用混合粉而制得。

8.一种铁基粉末冶金用混合粉的制造方法，其特征在于包括：

在350℃以上且900℃以下加热包含二水石膏或半水石膏的粉末，由此制作含有II型无水硫酸钙的粉末的步骤；和

将所述含有II型无水硫酸钙的粉末与铁基粉末混合的步骤。