CN107921531B

CN107921531B - 粉末冶金用混合粉末的制造方法、烧结体的制造方法及烧结体

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Publication number: CN107921531B
Application number: CN201680049629.2A
Authority: CN
Inventors: 小林聪雄; 中村尚道; 前谷敏夫; 园部秋夫; 佐藤伊都也
Original assignee: Jitomi Corp
Current assignee: Jitomi Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: KR20180022903A; US20180193911A1; KR102058836B1; SE1751537A1; WO2017043094A1; CN107921531A; SE541267C2; JP6146548B1; JPWO2017043094A1

Abstract

本发明提供能够得到尽管不含有Ni但具有与含有Ni时同等以上的优良的拉伸强度和韧性的烧结体的粉末冶金用混合粉末。一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，其具有：第一混合工序，在铁基粉末中混合含Mo粉末和含Cu粉末而制成原料混合粉末；扩散附着工序，通过对所述原料混合粉末进行热处理而使Mo和Cu扩散附着于所述铁基粉末表面，从而制成部分扩散合金钢粉；第二混合工序，在所述部分扩散合金钢粉中混合石墨粉而制成粉末冶金用混合粉末，其中，所述铁基粉末的平均粒径为30～120μm，使用氧化亚铜粉作为所述含Cu粉末，将所述粉末冶金用混合粉末的成分组成设定为由Mo：0.2～1.5质量％、Cu：0.5～4.0质量％、C：0.1～1.0质量％以及作为余量的Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。

Description

粉末冶金用混合粉末的制造方法、烧结体的制造方法及烧结体

技术领域

本发明涉及粉末冶金用混合粉末的制造方法，特别是涉及制造尽管不含有Ni但具有适合于制造汽车用高强度烧结部件等的特性的粉末冶金用混合粉末的方法。另外，本发明涉及烧结体的制造方法及通过上述制造方法得到的烧结体。

背景技术

粉末冶金技术能够以极其接近产品形状的形状(所谓的近净形状)且以高尺寸精度制造复杂形状的部件。因此，使用粉末冶金技术制作部件时，能够大幅降低切削成本。因此，应用粉末冶金技术的粉末冶金产品作为各种机械用部件而被用于多个领域。

在该粉末冶金技术中，主要使用铁基粉末。铁基粉末根据成分而被分类为铁粉(例如纯铁粉等)、合金钢粉等。另外，铁基粉末根据其制造方法而被分类为雾化铁粉、还原铁粉等。并且，在使用基于制造方法的分类的情况下，铁粉以不仅包括纯铁粉、还包括合金钢粉的广泛的含义来使用。

在粉末冶金技术中，使用如上所述的铁基粉末制作成形体，将该成形体进行烧结，由此制造烧结体。上述成形体通常通过如下方式来制造：在铁基粉末中混合Cu粉/石墨粉等合金用粉末和硬脂酸、硬脂酸锂等润滑剂而制成混合粉，然后，将其填充于模具中进行加压成形。

在此，由通常的粉末冶金工序得到的成形体的密度为约6.6Mg/m³～约7.1Mg/m³。这些成形体通过之后的烧结处理而形成烧结体，进一步根据需要进行精整、切削加工，从而制成粉末冶金部件(部件)。另外，在需要更高的强度的情况下，也有时在烧结后进行渗碳热处理、光亮热处理。

最近，为了部件的小型化、轻量化，强烈期望提高粉末冶金部件的强度。特别是针对由铁基粉末制造的铁基粉末部件(铁基烧结体)的高强度化的要求强烈。

在此，作为铁基粉末，主要已知有在原料粉(纯铁粉)中添加合金元素而得到的下述粉末；

(1)在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉、

(2)将各合金元素与纯铁粉完全合金化而得到的预合金钢粉、

(3)使各合金元素粉末部分地附着扩散于纯铁粉、预合金钢粉的表面而得到的部分扩散合金钢粉(也称为复合合金钢粉)。

上述(1)的混合粉具有具备与纯铁粉匹敌的高压缩性这样的优点。但是，在烧结时，各合金元素在Fe中未充分扩散而形成不均匀组织，其结果是，有时最终得到的烧结体的强度差。另外，在使用Mn、Cr、V和Si等作为合金元素的情况下，这些元素与Fe相比更容易被氧化，因此，存在如下问题：在烧结时受到氧化，最终得到的烧结体的强度降低。为了抑制上述氧化、使烧结体低氧量化，需要严格地控制烧结时的气氛，在烧结后进行渗碳的情况下需要严格地控制渗碳气氛中的CO₂浓度、露点。因此，上述(1)的混合粉无法应对近年来的高强度化的要求，到了不能使用的状态。

使用上述(2)的预合金钢粉时，能够完全防止合金元素的偏析，因此能够使烧结体的组织均匀化。因此，烧结体的机械特性稳定，而且，即使在使用Mn、Cr、V和Si等作为合金元素的情况下，也能够通过限定合金元素的种类和量来实现烧结体的低氧量化。但是，预合金钢粉是将钢水进行雾化来制造，因此，容易发生钢水的雾化工序中的氧化和完全合金化所导致的钢粉的固溶硬化，其结果是，存在压制成形时难以提高压粉体的密度这样的问题。

上述(3)的部分扩散合金钢粉是通过在纯铁粉、预合金钢粉中配合各合金元素的金属粉末并在非氧化性或还原性的气氛下进行加热而使上述金属粉末部分地扩散接合于上述纯铁粉、预合金钢粉的表面来制造。因此，通过使用部分扩散合金钢粉，能够避免上述(1)的铁基混合粉和上述(2)的预合金钢粉的问题，同时能够得到上述(1)的铁基混合粉和上述(2)的预合金钢粉的优点。

即，通过使用部分扩散合金钢粉，能够兼顾低氧量化和与纯铁粉匹敌的高压缩性。此外，还能够使烧结体的组织为由完全合金相和部分富集相构成的复合组织，因此，烧结体的强度进一步提高。因此，部分扩散合金钢粉能够应对近年来的部件的高强度化的要求，其开发正在广泛进行。

作为在上述部分扩散合金钢粉的制造中通常使用的基本的合金成分，可以列举Ni和Mo。

Ni具有提高烧结体的韧性的效果。这是因为：通过添加Ni，奥氏体变得稳定，其结果是，更多的奥氏体在淬火后也不会相变为马氏体而以残余奥氏体的形式残留。另外，Ni具有通过固溶强化而对烧结体的基质进行强化的作用。

与此相对，Mo具有提高淬透性的效果。因此，Mo在淬火处理时抑制铁素体的生成、容易生成贝氏体或马氏体，由此，对烧结体的基质进行相变强化。另外，Mo具备固溶于基质中进行固溶强化的作用和形成微细碳化物而对基质进行析出强化的作用这两种作用。此外，Mo的气体渗碳性良好并且为非晶界氧化元素，因此还具有对烧结体进行渗碳强化的作用。

作为使用了含有这些合金成分的部分扩散合金钢粉的高强度烧结部件用混合粉，例如，在专利文献1中公开了在以达到Ni：0.5～4质量％、Mo：0.5～5质量％的方式进行部分合金化而得到的合金钢粉中进一步混合有Ni：1～5质量％、Cu：0.5～4质量％、石墨粉：0.2～0.9质量％的高强度烧结部件用混合粉。

另外，作为不含Ni且高密度的铁系烧结体，在专利文献2中公开了在平均粒径为1～18μm的铁系粉末中以100:(0.2～5)的重量比混合平均粒径为1～18μm的Cu粉后进行成形、烧结的铁系烧结体的制造方法。在专利文献2所记载的技术中，通过使用与通常相比极小的平均粒径的铁系粉末，能够得到烧结体密度为7.42g/cm³以上这样的通常不可能的高密度的烧结体。

此外，作为使用了部分扩散合金钢粉的高强度烧结部件用混合粉，例如，在专利文献3中公开了在扩散附着有Ni和Mo的合金钢粉中混合金属Cu粉和石墨粉而得到的高强度烧结部件用混合粉。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3663929号公报

专利文献2：日本特开平4-285141号公报

专利文献3：日本专利第4483595号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，本发明人考察的结果了解到：使用上述专利文献1和专利文献3所记载的混合粉的烧结材料、通过专利文献2所记载的方法得到的烧结材料存在如下所述的问题。

即，对于专利文献1所记载的烧结材料而言，需要最低为1.5质量％的Ni，由其实施例可知，实质上含有3质量％以上的Ni。因此，为了利用专利文献1所记载的烧结材料得到800MPa以上的高强度，需要3质量％以上的大量的Ni。此外，为了在渗碳、淬火和回火处理后得到具有1000MPa以上的强度的烧结体，认为需要更大量的Ni。

但是，从应对近年来的环境问题、再利用的观点出发，Ni是不利元素，是期望尽可能避免使用的元素。另外，数质量％的Ni的添加在成本方面是极其不利的。此外，在使用Ni作为合金元素的情况下，还存在如下问题：为了使Ni在铁粉、合金钢粉中充分扩散，需要长时间的烧结。

另外，对于专利文献2所记载的烧结材料而言，虽然没有添加Ni，但所使用的铁系粉末的平均粒径为1～18μm，比通常小。粒径如此小时，存在如下问题：混合粉的流动性变差，进行压制成形时，将粉末进行模具填充时的作业效率降低。

此外，对于专利文献3所记载的烧结材料而言，混合粉中含有金属Cu粉。该金属Cu粉在烧结处理时发生熔融，浸透至铁粉粒之间，由此使得铁粉的粒子间距扩大，使得烧结体的尺寸与成形体的尺寸相比增大。因此，烧结体的密度与成形体相比降低。该现象通常作为Cu膨胀已知。因该Cu膨胀引起的密度降低较大时，存在导致烧结体的强度、韧性降低这样的缺点。

鉴于上述现状，本发明的目的是提供一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，其能够得到尽管不含Ni(无Ni)但具有与含有Ni时同等以上的优良的特性(例如，渗碳、淬火和回火后的拉伸强度、韧性)的烧结体。另外，本发明目的在于提供使用了上述粉末冶金用混合粉末的烧结体的制造方法以及通过上述制造方法得到的烧结体。

用于解决问题的方法

为了实现上述目的，本发明人对于不含Ni的粉末冶金用混合粉末的合金成分及其添加手段反复进行了各种研究。其结果，得出下述(1)～(6)的见解。

(1)预先使Mo和Cu部分扩散于铁基粉末中而制成部分扩散合金钢粉，在上述部分扩散合金钢粉中混合石墨粉，使用由此得到的粉末冶金用混合粉末，由此，有时可以得到尽管不含Ni但具有与含有Ni时同等以上的特性的烧结体。

(2)在上述(1)的情况下，Mo在烧结时作为铁素体稳定化元素发挥作用。其结果是，在Mo含量高的部分的附近，产生铁素体相而使铁粉彼此的烧结被促进，烧结体的密度提高。

(3)在上述(1)的情况下，Cu在对烧结体进行渗碳、淬火时使得马氏体相变开始的温度向低温度侧移动，对烧结体进行强化。

(4)在上述(1)的情况下，为了得到具有优良特性的烧结体，需要以使上述粉末冶金用混合粉末的成分组成在特定范围内的方式进行控制，并且使上述铁基粉末的平均粒径为30～120μm，使用氧化亚铜(Cu₂O)的粉末而不是金属Cu粉作为制造部分扩散合金钢粉时所使用的Cu源。

(5)通过使用氧化亚铜粉末，能够避免使用金属Cu粉时发生的Cu膨胀，能够抑制烧结体的密度降低。

(6)通过使用平均粒径为30～120μm的铁基粉末，能够提高粉末冶金用混合粉末的流动性。

本发明是基于上述见解而完成的，其主旨构成如下所述。

1.一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，其具有：

第一混合工序，在铁基粉末中混合含Mo粉末和含Cu粉末而制成原料混合粉末；

扩散附着工序，通过对上述原料混合粉末进行热处理而使Mo和Cu扩散附着于上述铁基粉末表面，从而制成部分扩散合金钢粉；以及

第二混合工序，在上述部分扩散合金钢粉中混合石墨粉而制成粉末冶金用混合粉末，

所述粉末冶金用混合粉末的制造方法中

上述铁基粉末的平均粒径为30～120μm，

使用氧化亚铜粉作为上述含Cu粉末，

将上述粉末冶金用混合粉末的成分组成设定为由Mo：0.2～1.5质量％、Cu：0.5～4.0质量％、C：0.1～1.0质量％以及作为余量的Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。

2.如上述1所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，上述含Cu粉末的平均粒径为5μm以下。

3.一种烧结体的制造方法，其中，对通过上述1或2所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法得到的粉末冶金用混合粉末进行成形，并烧结。

4.一种烧结体，其通过上述3所述的烧结体的制造方法得到。

发明效果

根据本发明，可以得到能够制造尽管不含Ni但具有与含有Ni时同等以上的优良特性的烧结体的粉末冶金用混合粉末。另外，本发明的粉末冶金用混合粉末的流动性高，因此，为了进行压制成形而将该粉末冶金用混合粉末填充于模具时的作业效率优良。进一步，根据本发明，即使是通常的烧结法，也能够廉价地制造兼具优良的强度和韧性的烧结体。

具体实施方式

接着，对实施本发明的方法具体地进行说明。

本发明的一个实施方式中的粉末冶金用混合粉末的制造方法具有下述(1)～(3)的工序：

(1)第一混合工序，在铁基粉末中混合含Mo粉末和含Cu粉末而制成原料混合粉末；

(2)扩散附着工序，通过对上述原料混合粉末进行热处理而使Mo和Cu扩散附着于上述铁基粉末表面，从而制成部分扩散合金钢粉；和(3)第二混合工序，在上述部分扩散合金钢粉中混合石墨粉而制成粉末冶金用混合粉末。

另外，作为上述铁基粉末，使用平均粒径为30～120μm的铁基粉末。另外，作为上述含Cu粉末，使用氧化亚铜粉。此外，将上述粉末冶金用混合粉末的成分组成设定为由Mo：0.2～1.5质量％、Cu：0.5～4.0质量％、C：0.1～1.0质量％以及作为余量的Fe和不可避免的杂质构成。

如上所述，在现有的方法中，在扩散附着有Mo的部分扩散合金钢粉中混合金属Cu粉和石墨粉从而制造粉末冶金用混合粉末。与此相对，在本发明的方法中，在使Cu与Mo一起预先扩散附着于铁基粉末的基础上，使用氧化亚铜粉末作为用于使Cu扩散附着的Cu源。

接着，对上述(1)～(3)的各工序进行说明。需要说明的是，在下述说明中，只要没有特别声明，“％”是指质量％。另外，Mo量、Cu量、和石墨粉量是指相对于粉末冶金用混合粉末整体的各自的含量。

[第一混合工序]

在第一混合工序中，在铁基粉末中混合含Mo粉末和含Cu粉末而制成原料混合粉末。关于上述第一混合工序中使用的混合方法，没有特别限制，可以使用例如亨舍尔混合机、锥形混合机等按照常规方法进行。另外，所混合的铁基粉末、含Mo粉末和含Cu粉末的配合比率以使最终得到的粉末冶金用混合粉末的成分组成为后述的范围的方式进行调整即可。即，以相对于粉末冶金用混合粉末整体使Mo量为0.2～1.5％、Cu量为0.5～4.0％的方式进行混合。

(铁基粉末)

平均粒径：30～120μm

在本发明中，将所使用的铁基粉末的平均粒径设定为30～120μm。铁基粉末的平均粒径小于30μm时，铁基粉末本身、使用该铁基粉末得到的原料混合粉末的流动性变差，模具填充等作业效率降低。因此，将铁基粉末的平均粒径设定为30μm以上。上述平均粒径优选设定为40μm以上、更优选设定为50μm以上。另一方面，平均粒径超过120μm时，烧结时的致密化的驱动力减小，在粗大的铁粉粒的周围形成粗大的空穴，烧结体的密度降低。于是，其结果是，烧结体的强度、韧性降低。因此，将铁基粉末的平均粒径设定为120μm以下。上述平均粒径优选设定为100μm以下、更优选设定为80μm以下。需要说明的是，在本发明中，平均粒径是指体积基准中的中值粒径(d₅₀)。

在此，“铁基粉末”是指Fe含量为50质量％以上的粉末。作为上述铁基粉末，可以列举例如纯铁粉、合金钢粉等。作为上述铁基粉末，优选使用铁粉(纯铁粉)。

作为上述铁基粉末，没有特别限定，可以使用通过任意的方法制造的铁基粉末，从获得容易的观点出发，优选使用通过雾化法或还原法制造的铁基粉末。作为通过雾化法制造的铁基粉末，可以使用所谓的雾化生粉(as-atomized powder)和雾化粉(atomizedpowder)中的任一种。需要说明的是，在此，雾化生粉是指将钢水雾化并任选地进行干燥、分级而得到的粉末，是指未实施用于脱氧(还原)、脱碳等的热处理的粉末。另外，雾化粉是指通过将上述雾化生粉在还原气氛下进行处理而进行了还原的粉末。作为通过还原法制造的铁基粉末，优选使用将制造钢材时生成的轧钢鳞皮、铁矿石进行还原而得到的还原铁粉。

上述铁基粉末的表观密度没有特别限定，优选设定为1.7～3.5Mg/m³。作为上述铁基粉末，在使用通过雾化法制造的铁基粉末的情况下，优选将该铁基粉末的表观密度设定为约2.0Mg/m³～约3.5Mg/m³、更优选设定为2.5～3.2Mg/m³。另外，在使用通过还原法制造的铁基粉末作为上述铁基粉末的情况下，优选将该铁基粉末的表观密度设定为约1.7Mg/m³～约3.0Mg/m³、更优选设定为2.2～2.8Mg/m³。需要说明的是，在此，表观密度是指利用JIS Z2504的试验方法测定的密度。

上述铁基粉末的比表面积没有特别限定，优选设定为0.002～0.5m²/g。作为上述铁基粉末，在使用通过雾化法制造的铁基粉末的情况下，优选将该铁基粉末的比表面积设定为约0.005m²/g以上、更优选设定为0.01m²/g以上。另一方面，上述比表面积的上限优选设定为0.1m²/g。另外，在使用通过还原法制造的铁基粉末作为上述铁基粉末的情况下，优选将该铁基粉末的比表面积设定为约0.01m²/g以上、更优选设定为0.02m²/g以上。另一方面，上述比表面积的上限优选设定为0.3m²/g。

(含Mo粉末)

上述含Mo粉末是在后述的扩散附着工序中作为Mo源发挥作用的粉末。作为上述含Mo粉末，只要是含有作为元素的Mo的粉末则可以使用任意的粉末，因此，可以使用金属Mo粉末(纯Mo的粉末)、Mo合金粉末和Mo化合物粉末中的任一种。作为上述Mo合金粉末，例如可以使用Fe-Mo(铁钼)粉末。作为上述Mo化合物粉末，可以列举Mo氧化物、Mo碳化物、Mo硫化物和Mo氮化物等Mo化合物的粉末。这些含Mo粉末既可以单独使用也可以混合使用多种。

(含Cu粉末)

上述含Cu粉末是在后述的扩散附着工序中作为Cu源发挥作用的粉末。在本发明中，重要的是使用氧化亚铜粉末作为上述含Cu粉末。上述氧化亚铜粉末在后述的扩散附着工序中还原为金属Cu，因此，可以得到在上述铁基粉末的表面扩散附着有Mo和Cu的部分扩散合金钢粉。

通过使用氧化亚铜粉末作为上述含Cu粉末，能够避免使用金属Cu粉时产生的Cu膨胀，能够抑制烧结体的密度降低。另外，氧化亚铜在化学上稳定，不会像金属Cu那样发生氧化(生锈)，因此，操作容易。此外，氧化亚铜(Cu₂O)的氧化数小于氧化铜(CuO)，因此，能够在后述的扩散附着工序中容易地还原为金属Cu。例如，在扩散附着工序中，将原料混合粉末在氢气气氛中进行热处理的情况下，通过使用氧化亚铜，能够减少还原所需的氢量，而且能够降低加热温度，进一步还能够缩短处理时间。

上述含Cu粉末的平均粒径没有特别限定，优选设定为5μm以下。通过将平均粒径设定为5μm以下，能够进一步提高由Cu带来的强度和韧性的改善效果。上述平均粒径更优选设定为4.5μm以下。另一方面，含Cu粉末的平均粒径的下限没有特别限制，但过度地减小平均粒径时，含Cu粉末的制造成本增大。因此，含Cu粉末的平均粒径优选设定为0.2μm以上、优选设定为1.0μm以上。

需要说明的是，在以往所使用的金属Cu粉的情况下，一般市售的金属Cu粉的平均粒径为约20μm～约40μm。

[扩散附着工序]

接着，对上述原料混合粉末进行热处理。通过上述热处理，在铁基粉末与含Mo粉末、铁基粉末与含Cu粉末的接触面，上述含Mo粉末中所含的Mo和上述含Cu粉末中所含的Cu向上述铁基粉末中扩散，得到在上述铁基粉末表面扩散附着有Mo和Cu的部分扩散合金钢粉。

上述热处理可以在任意的气氛下进行，优选在还原性气氛下进行，更优选在含氢气氛下进行。作为上述含氢气氛，还可以使用氢气气氛。另外，上述热处理既可以在大气压下进行、也可以在减压下进行，也可以在真空下实施。

上述热处理的温度没有特别限定，优选设定为800～1000℃。

[粉碎和分级]

如上所述得到的部分扩散合金钢粉通常形成该部分扩散合金钢粉中所含的铁基粉末粒子彼此烧结而固定的状态。因此，优选在上述扩散附着工序后且随后的第二混合工序之前设置将部分扩散合金钢粉进行粉碎、分级的粉碎和分级工序。例如，可以以达到期望的粒径的方式进行粉碎后，利用预定网眼的筛进行分级，从而除去粗粉。部分扩散合金钢粉的最大粒径优选设定为180μm以下。

另外，在随后的第二混合工序之前，还可以任选地对部分扩散合金钢粉进行退火。

上述部分扩散合金钢粉优选具有含有Mo和Cu、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。作为部分扩散合金钢粉中所含有的不可避免的杂质，可以列举C、O、N和S等，它们的含量相对于部分扩散合金钢粉分别以内数计优选设定为C：0.02％以下、O：0.3％以下、N：0.004％以下、S：0.03％以下。特别是，O含量更优选设定为0.25％以下。需要说明的是，不可避免的杂质量超过上述范围时，作为下述第二混合工序的所得物的粉末冶金用混合粉末的压缩性降低，有时难以压缩成形为具有充分密度的成形体。

[第二混合工序]

接着，在如上所述得到的部分扩散合金钢粉中混合石墨粉而制成粉末冶金用混合粉末。作为石墨粉的主要成分的C具有通过由碳化物带来的析出强化、淬透性提高等而提高烧结体的强度的效果。因此，特别是在对烧结体进行渗碳、淬火和回火后，为了得到1000MPa以上这样的优良的拉伸强度，必须添加石墨。

上述石墨粉的混合例如利用通常的粉体混合中使用的方法按照常规方法进行即可。另外，所混合的部分扩散合金钢粉和石墨粉的配合比率以最终得到的粉末冶金用混合粉末的成分组成为后述的范围的方式进行调整即可。即，以相对于粉末冶金用混合粉末整体使C量为0.1～1.0％的方式进行混合。

(石墨粉)

作为上述石墨粉，没有特别限定，可以使用任意的石墨粉。上述石墨粉的平均粒径没有特别限定，优选设定为约1μm～约50μm。

[混合粉的成分组成]

在本发明中，使最终得到的粉末冶金用混合粉末的成分组成为由Mo：0.2～1.5％、Cu：0.5～4.0％、C：0.1～1.0％以及作为余量的Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。需要说明的是，如后所述，在粉末冶金用混合粉末中可以添加润滑剂等添加材料，在此，“粉末冶金用混合粉末的成分组成”是指该混合粉中除上述添加材料以外的部分、即由部分扩散合金钢粉和石墨粉构成的部分的成分组成。

以下，对混合粉的成分组成的限定原因进行说明。

Mo：0.2～1.5％

Mo含量小于0.2％时，淬透性提高效果和烧结体的强度提高效果变得不充分。因此，Mo含量设定为0.2％以上。Mo含量优选设定为0.3％以上、更优选设定为0.4％以上。另一方面，Mo含量超过1.5％时，淬透性提高效果饱和，反而使烧结体的组织的不均匀性增高，因此，烧结体的强度、韧性降低。因此，将Mo含量设定为1.5％以下。Mo含量优选设定为1.0％以下、更优选设定为0.8％以下。

Cu：0.5～4.0％

Cu含量低于0.5％时，无法充分地得到Cu所具有的固溶强化、淬透性提高的效果，烧结部件的强度、韧性降低。因此，Cu含量设定为0.5％以上。Cu含量优选设定为1.0％以上、更优选设定为1.5％以上。另一方面，Cu含量超过4.0％时，烧结部件的强度提高效果饱和。因此，将Cu含量设定为4.0％以下。Cu含量优选设定为3.0％以下、更优选设定为2.5％以下。

C：0.1～1.0％

C是具有提高烧结体的强度和疲劳强度的作用的元素。为了得到上述效果，将C含量设定为0.1％以上。另一方面，C含量超过1.0％时，变为过共析，因此，渗碳体大量析出，反而使烧结体的强度降低。因此，C含量设定为1.0％以下。

接着，对本发明的一个实施方式中的烧结体的制造方法进行说明。在本发明中，将上述粉末冶金用混合粉末进行成形，并烧结，由此，可以得到烧结体。

[成形]

上述成形没有特别限定，只要是能够将粉末冶金用混合粉末进行成型的方法则可以利用任意的方法进行。作为一般的成形方法，可以列举将粉末冶金用混合粉末填充于模具内进行加压成形的方法。上述加压成形中的加压力优选设定为400～1000MPa。加压力低于400MPa时，所得到的成形体的密度降低，烧结体的特性降低。另一方面，加压力超过1000MPa时，模具的寿命变得极短，在经济上变得不利。另外，上述加压成形时的温度优选设定为常温(约20℃)～约160℃。

需要说明的是，在需要对最终得到的烧结体实施切削加工等而改善部件形状的情况下，可以在上述成形之前向粉末冶金用混合粉末中混合切削性改善用粉末。作为上述切削性改善用粉末，可以使用例如MnS等。上述切削性改善用粉末的添加可以按照常规方法进行。

另外，在上述成形之前，还可以在粉末冶金用混合粉末中进一步添加润滑剂。作为上述润滑剂，优选使用粉末状的润滑剂。另外，还可以使润滑剂涂布或附着于模具上进行上述成形。在任一种情况下，作为润滑剂，可以使用硬脂酸锌、硬脂酸锂等金属皂、亚乙基双硬脂酸酰胺等酰胺类蜡等任意的润滑剂。需要说明的是，在粉末冶金用混合粉末中混合润滑剂的情况下，相对于100质量份的粉末冶金用混合粉末，优选将润滑剂的量设定为约0.1质量份～约1.2质量份。

[烧结]

接着，将如上所述得到的成形体进行烧结。上述烧结优选在1100～1300℃的温度范围内进行。烧结温度低于1100℃时，烧结不会充分进行，因此，难以得到具有优良的拉伸强度(1000MPa以上)的烧结体。另一方面，烧结温度超过1300℃时，烧结炉的寿命缩短，在经济上变得不利。需要说明的是，烧结时间优选设定为10～180分钟。

按照上述步骤并使用依照本发明的粉末冶金用混合粉末得到的烧结体与将现有的粉末在相同条件下进行成形、烧结而得到的烧结体相比，具有优良的拉伸强度和韧性。

另外，可以对所得到的烧结体进一步任选地实施强化处理。作为上述强化处理，可以列举例如渗碳淬火、光亮淬火、高频淬火、渗碳氮化处理等。但是，即使在不进行这些强化处理的情况下，使用依照本发明的粉末冶金用混合粉末的烧结体与现有的不进行强化处理的烧结体相比，强度和韧性也得到了改善。需要说明的是，各强化处理按照常规方法进行即可。

实施例

以下，基于实施例对本发明进一步详细地进行说明，但本发明并非仅限定于下述例子。

通过下述步骤制造粉末冶金用混合粉末。

(第一混合工序)

在铁基粉末中混合含Mo粉末和含Cu粉末而得到原料混合粉末。作为上述铁基粉末，使用具有表1所示的表观密度的雾化生粉。铁基粉末的比表面积为0.39m²/g。作为上述含Mo粉末，使用平均粒径为10μm的氧化Mo粉末。作为上述含Cu粉末，使用具有表1所示的平均粒径的氧化亚铜粉末。上述混合是利用V型混合机来进行15分钟。需要说明的是，各粉末的配合量以使最终得到的粉末冶金用混合粉末中的Mo和Cu的含量为表1所示的值的方式进行调整。

(扩散附着工序)

接着，对所得到的原料混合粉末进行热处理，由此使Mo和Cu扩散附着于上述铁基粉末表面，从而制成部分扩散合金钢粉。上述热处理在露点为30℃的氢气气氛中在温度为880℃、时间为1小时的条件下进行。

需要说明的是，在一部分比较例(No.1、3)中，在第二混合工序中添加金属Cu粉末来代替在第一混合工序中添加含Cu粉末，在第一混合工序中只添加含Mo粉末，然后实施上述扩散附着工序。另外，为了比较，在No.29中，在第一混合工序中，向上述铁基粉末中混合平均粒径8μm的金属Ni粉末、平均粒径28μm的金属Cu粉末(与No.1、3的比较例相同的金属Cu粉)和平均粒径10μm的氧化Mo粉末(与本发明例相同的氧化Mo粉)，实施上述扩散附着工序。No.29中的部分扩散合金钢粉的组成为4％Ni-1.5％Cu-0.5％Mo-Fe。

(粉碎和分级)

对于所得到的部分扩散合金钢粉，按照下述步骤进行粉碎和分级。首先，部分扩散合金钢粉有时因上述热处理而成块，因此，为了将其粉碎，实施三次利用锤磨机的粉碎。此时，将上述锤磨机的固定筛的网眼依次减小至3mm(第一次)、2mm(第二次)、1mm(第三次)。接着，将粉碎后的粉末通过网眼180μm的振动筛，将残留在筛上的粗粉除去、废弃，只回收筛下的粒度180μm以下的部分，供于随后的第二混合工序。

(第二混合工序)

接着，以达到表1所示的含量的方式向上述部分扩散合金钢粉中添加石墨粉(平均粒径：5μm)。接着，进一步以相对于100质量份粉末冶金用混合粉末为0.6质量份的方式添加亚乙基双硬脂酸酰胺，然后利用V型混合机混合15分钟。

需要说明的是，表中的粉末冶金用混合粉末的余量为铁和不可避免的杂质，本发明中使用的粉末冶金用混合粉末中的不可避免的杂质量均是相对于部分扩散合金钢粉量为0.2％以下。另外，在No.1、3中，以使粉末冶金用混合粉末中的Cu含量为表1所示的值的方式，与石墨粉一起混合金属Cu粉末。

(成形)

然后，对上述粉末冶金用混合粉末进行加压成形，制作出长度为55mm、宽度为10mm、厚度为10mm的棒状成形体。上述成形体由各粉末冶金用混合粉末各制作10个。另外，上述成形体的密度为7.0Mg/m³。

(烧结)

将上述棒状成形体进行烧结，制成棒状烧结体。上述烧结在作为还原性气氛的丙烷改性气体气氛中在温度为1130℃、时间为20分钟的条件下进行。

接着，通过下述方法对由上述步骤得到的粉末冶金用混合粉末和棒状烧结体的特性进行评价。所得到的结果如表1所示。

(粉末冶金用混合粉末的流动性)

从上述粉末冶金用混合粉末采集试验粉100g，使其通过5mmφ的喷嘴。将此时没有停止地全部量流净的情况判断为合格(○)，将全部量或一部分堵塞而未流动的情况判断为不合格(×)。

(拉伸强度)

从上述10根棒状烧结体中的5根各切割出一根、共5根的平行部直径5mm、标距15mm的拉伸试验片。对于所得到的拉伸试验片，分别按照下述条件依次实施气体渗碳、淬火和回火。

·气体渗碳：碳势：0.8质量％、温度：870℃、时间：60分钟

·淬火：温度：60℃、油淬火

·回火：温度：180℃、时间：60分钟

使用由上述步骤得到的拉伸试验片，通过JIS Z 2241中规定的方法进行拉伸试验，测定拉伸强度。上述拉伸强度的值设定为5个试验片的测定值的平均值。进一步，将所测定的拉伸强度为1000MPa以上的情况判断为合格(○)，将所测定的拉伸强度小于1000MPa的情况判断为不合格(×)。

(韧性)

为了对烧结体的韧性进行评价，实施夏比冲击试验。在上述夏比冲击试验中，将上述10根棒状烧结体中剩余的5根以其原来的形状作为试验片使用，通过JIS Z 2242中规定的方法测定冲击值。需要说明的是，在上述夏比冲击试验之前，在与上述拉伸试验片同样的条件下对上述棒状烧结体实施气体渗碳、淬火和回火。上述冲击值设定为5个试验片的测定值的平均值。进一步，将测定的冲击值为14.5J/cm²以上的情况判断为合格(○)，将测定的冲击值小于14.5J/cm²的情况判断为不合格(×)。

由表1所示的结果可知，在满足发明例的条件的实施例中，能够得到尽管没有使用Ni但具有与使用Ni的比较例(No.29)同等以上的拉伸强度和韧性的烧结体。此外，上述实施例的粉末冶金用合金钢粉具有优良的流动性。

Claims

1.一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，其具有：

扩散附着工序，通过对所述原料混合粉末进行热处理而使Mo和Cu扩散附着于所述铁基粉末表面，从而制成部分扩散合金钢粉；以及

第二混合工序，在所述部分扩散合金钢粉中混合石墨粉而制成粉末冶金用混合粉末，

所述粉末冶金用混合粉末的制造方法中，

所述铁基粉末的平均粒径为30～120μm，

使用氧化亚铜粉作为所述含Cu粉末，

将所述粉末冶金用混合粉末的成分组成设定为由Mo：0.2～1.5质量％、Cu：0.5～4.0质量％、C：0.1～1.0质量％以及作为余量的Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。

2.如权利要求1所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，所述含Cu粉末的平均粒径为5μm以下。

3.一种烧结体的制造方法，其中，对通过权利要求1或2所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法得到的粉末冶金用混合粉末进行成形，并烧结。

4.一种烧结体，其通过权利要求3所述的烧结体的制造方法得到。