CN111741822B - 粉末冶金用铁粉 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方式的粉末冶金用铁粉,具有如下组成:C为0.005质量%以下,Si为0.030质量%以下,P为0.020质量%以下,S为0.020质量%以下,O为0.15质量%以下,Mn、Ni、Mo和Cr的合计为3.0质量%以下,且余量是Fe和不可避免的杂质,振实密度为3.90g/cm3以上且4.20g/cm3以下。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金用铁粉。
背景技术
对于金属粉末进行压粉成型后通过烧结而形成金属零件的粉末冶金被广泛进行。在粉末冶金中,一般来说,通过加大压粉体的密度,也就是减小压粉体的空隙率,从而能够增大所得到的金属烧结体的机械强度。另外,在粉末冶金中,通过增大压粉体的强度,从而能够提高所得到的金属烧结体的尺寸精度,增大成品率。
在日本特开平4-173901号公报中记载有通过使粉末冶金用铁粉的表观密度,即静置状态的粉末的堆积比重比较大,从而能够加大压粉体的密度。但是,在该公报中还记载有若增大表观密度达到一定程度以上则压粉体的强度不充分。但是,本发明者们在验证时知晓,在压粉体的强度降低开始成为问题的临界区域,组成相同的粉末冶金用铁粉的表观密度的大小关系,和压粉体的密度的大小关系发生逆转的情况也不少。
如果提高压粉成型时的成型压力,则压粉体的密度变大,并且压粉体的强度提高。但是,成型压力的增大,会发生模具的寿命缩短等的问题,因此金属零件的生产效率降低。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平4-173901号公报
发明内容
鉴于上述问题,本发明其课题在于,提供一种能够得到高强度的烧结体的粉末冶金用铁粉。
用于解决上述课题而形成的本发明的一个方式的粉末冶金用铁粉,具有如下组成:C为0.005质量%以下,Si为0.030质量%以下,P为0.020质量%以下,S为0.020质量%以下,O为0.15质量%以下,Mn、Ni、Mo和Cr的合计为3.0质量%以下,且余量是Fe和不可避免的杂质,振实密度为3.90g/cm3以上且4.20g/cm3以下。
该粉末冶金用铁粉,通过使振实密度在上述范围内,从而容易以达到最密填充状态的方式使铁粉粒子重排,因此压粉成型时的压缩性优异,最终得到的烧结体的强度大。
该粉末冶金用铁粉,优选通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率为10质量%以上且20质量%以下。由此,该粉末冶金用铁粉的压粉体和烧结体均能够得到充分的强度。
在此,所谓“振实密度”,是依据JIS-Z2512(2012)测量的值。
如以上,本发明的一个方式的粉末冶金用铁粉,压粉体的密度大,能够得到高强度的烧结体。
附图说明
图1是表示粉末冶金用铁粉的振实密度与压粉体的密度的关系的图。
图2是表示粉末冶金用铁粉的振实密度与压粉体的拉托拉值的关系的图。
具体实施方式
以下,适宜参照附图详细说明本发明的实施方式。
[粉末冶金用铁粉]
本发明的一个实施方式的粉末冶金用铁粉,具有如下组成:C为0.005质量%以下,Si为0.030质量%以下,P为0.020质量%以下,S为0.020质量%以下,O为0.15质量%以下,Mn、Ni、Mo和Cr的合计为3.0质量%以下,且余量是Fe和不可避免的杂质,振实密度为3.90g/cm3以上且4.20g/cm3以下。
<C(碳)>
C是使该粉末冶金用铁粉的粒子硬化的元素。另外,由于C与其他的杂质结合而形成微细的碳化物,也能够使铁粉粒子硬化。若铁粉粒子变硬,则在压粉成型时难以变形,因此成型性降低,压粉体的密度降低。因此,作为该粉末冶金用铁粉中的C的含量的上限,为0.005质量%,优选为0.003质量%,更优选为0.002质量%。
<Si(硅)>
Si是容易与氧结合的元素,在该粉末冶金用铁粉的粒子表面形成氧化皮膜。由该Si形成的氧化皮膜不容易还原,因此使所得到的烧结体的强度降低。另外,因为Si具有使铁粉粒子硬化的作用,所以使该粉末冶金用铁粉的压缩性(压粉体的密度和强度)降低。因此,作为Si的含量的上限,为0.030质量%,优选为0.020质量%,更优选为0.015质量%。
<P(磷)>
P是使铁粉粒子硬化,使压缩性降低的元素。因此,作为P的含量的上限,为0.020质量%,优选为0.017质量%,更优选为0.015质量%。
<S(硫)>
S是使铁粉粒子硬化,使压缩性降低的元素。因此,作为S的含量的上限,为0.020质量%,优选为0.015质量%,更优选为0.010质量%。
<O(氧)>
O是使铁粉粒子硬化,使压缩性降低的元素。因此,作为O的含量的上限,为0.15质量%,优选为0.12质量%,更优选为0.10质量%。
<Mn(锰)、Ni(镍)、Mo(钼)、Cr(铬)>
Mn、Ni、Mo和Cr,是为了提高对于该粉末冶金用铁粉进行压粉成型和烧结而得到的烧结体的强度所添加的元素。但是,若这些元素的含量过大,则铁粉粒子变得过硬,压缩性有可能不充分。因此,作为Mn、Ni、Mo和Cr的合计含量的上限,为3.0质量%,优选为2.5质量%,更优选为2.0质量%。
<振实密度>
振实密度是表示铁粉粒子的重排容易度的指标。若真比重一定,则振实密度的值越大,铁粉粒子越容易更致密并以空隙率小的填充状态被重排。因此,振实密度越大,压缩性越高,压粉成型越容易,越能够以比较低的压力得到密度更大的压粉体。另一方面,若振实密度过度变大,则铁粉粒子之间的粘接性不足,得到的压粉体的强度有可能不充分。因此,作为该粉末冶金用铁粉的振实密度的下限,为3.90g/cm3,优选为3.95g/cm3,更优选为3.97g/cm3。另一方面,作为该粉末冶金用铁粉的振实密度的上限,为4.20g/cm3,优选为4.15g/cm3,更优选为4.10g/cm3。
<粒度分布>
作为该粉末冶金用铁粉中的通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率的下限,优选为10质量%,更优选为12质量%。另一方面,作为该粉末冶金用铁粉中的通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率的上限,优选为20质量%,更优选为18质量%。该粉末冶金用铁粉中的通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率低于上述下限时,该粉末冶金用铁粉的烧结体的强度有可能不充分。反之,该粉末冶金用铁粉中的通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率高于上述上限时,最终所得到的压粉体的强度有可能不充分。
<压粉体的密度>
在该粉末冶金用铁粉中添加硬脂酸锌0.75质量%,以7tf/cm2的成型压力进行成型时,作为所得到的压粉体的密度的下限,优选为7.20g/cm3,更优选为7.22g/cm3。上述压粉体的密度低于上述下限时,最终所得到的烧结体的强度有可能不充分。
<压粉体的强度>
在该粉末冶金用铁粉中,添加硬脂酸锌0.75质量%,以7tf/cm2的成型压力进行成型时,作为所得到的压粉体的强度的指标,即拉托拉值的上限,优选为0.75%,更优选为0.70%。上述压粉体的拉托拉值高于上述上限时,压粉体的强度不足,烧结体的尺寸精度和成品率有可能不充分。还有,所谓“拉托拉值”,是依据JSPM标准4-69测量的值。
<制造方法>
该粉末冶金用铁粉,能够通过具备如下工序的方法制造:水雾化工序,向调制为上述的组成的铁水喷射水而使之粉末化;还原工序,对于在水雾化工序中得到的粉末在还原性气体气氛中进行加热;粉碎工序,粉碎在还原工序中固化的铁粉。
(水雾化工序)
在上述水雾化工序中,通过对于从炉中流下的铁水喷射水,从而得到微细的铁粉。在该水雾化工序中,通过调节喷射的水的水压,将所得到的粉末冶金用铁粉的振实密度调节到上述范围内。具体来说,越增大水压,所得到的粉末冶金用铁粉的振实密度越小。
(还原工序)
在上述还原工序中,通过将水雾化工序中氧化的铁粉,在还原性气体环境下进行加热,从而使之还原。
作为上述还原性气体,例如能够使用氢气、氨气、丁烷气。
(粉碎工序)
在上述粉碎工序中,以磨机粉碎经上述还原处理而块状固化的铁粉。通过充分粉碎铁粉,使所得到的该粉末冶金用铁粉的粒度分布按照上述水雾化工序中得到的铁粉的粒度分布进行分布,以确保希望的振实密度。
作为该粉碎工序中使用的磨机,例如能够使用锤磨机、筛网式破碎机等。
另外,在此粉碎工序中,优选对于粉碎后的铁粉用金属丝网进行分级,将大的粒子再投入磨机。
<优点>
该粉末冶金用铁粉,通过使振实密度在上述范围内,从而容易以表观密度大的方式重排铁粉粒子,因此压粉成型时的压缩性优异,且能够得到具有充分的强度的压粉体。因此,通过使用该粉末冶金用铁粉,能够高效率地制造强度大的烧结体。
[其他的实施方式]
上述实施方式并不限定本发明的构成。因此,上述实施方式,可以基于本说明书的记述和技术常识,进行上述实施方式各部分的构成要素的省略、置换或追加,这些应该解释为全部属于本发明的范围。
【实施例】
以下,基于实施例详述本发明,但并非基于此实施例的记述限定性地解释本发明。
用电炉调制铁水,通过对于从电炉流下的铁水喷水的水雾化法而使之粉末化。这时,在30kgf/cm2~60kgf/cm2的低压、60kgf/cm2~90kgf/cm2的中压、90kgf/cm2~120kgf/cm2的高压的这3种范围,选择喷射的水的压力。其次,将得到的铁粉脱水和干燥,用网眼425μm的金属丝网除去粗粉后,在分解氨气气氛中,在880℃~980℃的温度范围实施30分钟~60分钟的还原处理。而后,将经过还原处理而块状固化的铁粉用锤磨机和筛网式破碎机加以粉碎,以网眼425μm、250μm或180μm的金属丝网进行筛分,得到粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9。
分析如此得到的粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9的组成。C和S的含有率,使用LECO社的碳·硫分析装置“CS-244”进行测量。O的含有率,使用LECO社的氧·氮分析装置“TC-400”进行测量。C、S和O以外的元素的含有率,使用岛津制作所社的ICP发光分析装置“ICPV-5500”进行测量。试制品No.1~No.9的组成的分析结果显示在表1中。
【表1】
此外,测量粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9的粒度分布和振实密度。还有,粒度分布通过依据JIS-Z8815(1994)的筛分试验进行测量。振实密度依据JIS-Z2512(2012)进行测量。
对于在粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9中,作为润滑剂而添加混合有硬脂酸锌0.75%的粉末,以7tf/cm2的成型压力进行压粉成型,制成直径11.28mm、高10mm的圆柱状的压粉体。测量所得到的压粉体的密度和拉托拉值。压粉体的密度,依据JIS-Z2501(2000)测量。另外,压粉体的拉托拉值,依据JSPM标准4-69测量。
粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9的粒度分布和振实密度,以及粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9的压粉体的密度和拉托拉值一并显示在表2中。
【表2】
此外,图1中显示粉末冶金用铁粉的试制品No.1~No.9的振实密度与压粉体的密度的关系,图2中显示粉末冶金用铁粉的试制品No.1~9的振实密度与压粉体的拉托拉值的关系。
如图示,可确认到振实密度与压粉体的密度和拉托拉值,均大体呈比例关系。更详细地说就是能够确认到,为了使压粉体的密度成为在烧结后能够得到充分的强度的7.20g/cm3以上,且使压粉体的拉托拉值成为裂纹和缺损处在允许范围的0.75%以下,使粉末冶金用铁粉的振实密度为3.90g/cm3以上且4.20g/cm3以下即可。
【产业上的可利用性】
本发明的一个方式的粉末冶金用铁粉,例如能够适用于齿轮等的机械零件的制造。
Claims (1)
1.一种粉末冶金用铁粉,其具有如下组成:
C为0.005质量%以下、
Si为0.030质量%以下、
P为0.020质量%以下、
S为0.020质量%以下、
O为0.15质量%以下、
Mn、Ni、Mo和Cr的合计为3.0质量%以下,并且
余量是Fe和不可避免的杂质,
所述粉末冶金用铁粉的振实密度为3.90g/cm3以上且4.20g/cm3以下,
通过平均网眼45μm的平纹金属丝网的粒子的含有率为10质量%以上且20质量%以下,
添加硬脂酸锌0.75质量%以7tf/cm2的成型压力进行成型时的拉托拉值为0.75%以下。
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