CN1735703A - 铁基烧结合金、铁基烧结合金零件、其制造方法、及油泵转子 - Google Patents

铁基烧结合金、铁基烧结合金零件、其制造方法、及油泵转子 Download PDF

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Abstract

通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，根据需要还含有Mn：0.0025～1.05％及/或Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质。Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、根据需要并含有Zn：0.2～10％及/或Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质。

Description

铁基烧结合金、铁基烧结合金零件、其制造方法、及油泵转子
技术领域
本发明涉及一种尺寸精度、强度、及滑动性优异的铁基烧结合金、铁基烧结合金零件及其制造方法，以及由该铁基烧结合金制备而成的油泵转子。
背景技术
近年来，铁基烧结合金零件的制造方法不断进步，能够由尺寸精度、强度、及滑动性优异的铁基烧结合金零件高精度地、大量生产各种机械零件，如油泵转子等。
作为这种铁基烧结合金零件的制造方法的一例，提供了在由Fe粉末、Cu粉末及石墨粉末所构成的混合粉末中添加0.01～0.20％的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钒、氧化铬粉末等，将添加了上述氧化物粉末的混合粉末进行压力成形、烧结而制备尺寸精度、强度、及滑动性优异的铁基烧结合金零件的方法(参照特开平6-41609号公报)。
这样的铁基烧结合金零件，具有由Fe粉末烧结生成的原Fe粉末边界划分的、含有Cu及C的Fe基合金的区域基底所构成的组织，金属氧化物的颗粒，沿着该组织中的弥散分布的气孔的内面及原Fe粉末边界而分散分布。
但是，由所述以往的方法所制造的铁基烧结合金零件，尺寸精度虽有一定程度的改善但却不充分，而且对于强度来说也是不够的，因此，需要寻求具有更加优异尺寸精度、强度、及滑动性的铁基烧结合金零件的制造方法。特别是，目前还没有能够满足作为滑动机械零件、如油泵转子等的材料的铁基烧结合金零件。
发明内容
本发明的第一形式，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件以质量百分比(以下，％表示质量百分比)计，含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末的成分为：含有Fe：1～10％，O：0.2～1％，Mn：0.5～15％中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％、及Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Mn：0.5～15％中的一种或两种，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式的另一例子，是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％、Mn：0.5～15％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
本发明的第一形式，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由以质量百分比(以下，％表示质量百分比)计，含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第二形式的另一例子，是一种铁基烧结合金制的油泵转子，由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
本发明的第三形式，是一种铁基烧结合金，具有以质量百分比计含有Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的成分组成，并具有由区域基底的集合体所构成的组织，其中区域基底由作为原料粉末的Fe粉末烧结生成的原Fe粉末边界所划分，并由含有C、Cu、O的Fe基合金构成；由所述原Fe粉末边界所划分的、含有C、Cu、O的Fe基合金所构成的区域基底，具有原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度的梯度分布。
附图说明
图1是由EPMA所观察到的、表示本发明的铁基烧结合金的组织中的区域基底的Cu及O的浓度分布的图。
具体实施方式
第一形式
本发明者为了制造尺寸精度、强度、及滑动性优异的铁基烧结合金零件而进行了相关研究，得到如下结果。
(a)在将Fe粉末、石墨粉末、Cu粉末进行配比、混合、成形、烧结而制造铁基烧结合金零件的以往的方法中，烧结由Fe粉末、石墨粉末、Cu粉末所构成的混合粉末时，烧结中首先Cu粉末溶解而形成液相。由于该Cu液相对于Fe的润湿性好，所以浸透Fe粉末的边界，将Fe粉末与Fe粉末之间的结合隔断。因此烧结体的强度下降，同时烧结体膨胀，尺寸精度也下降。
(b)为了防止烧结体强度的下降并提高尺寸精度，作为原料粉末，使用含有Fe：1～10％、氧：0.2～1％的Cu合金粉末取代Cu粉末，将Fe粉末、石墨粉末、与所述Cu合金粉末进行混合、成形、烧结。这样，Cu液相对Fe粉末的润湿性变差，能够抑制Cu对Fe粉末边界的浸透，因此能够抑制烧结体的膨胀，提高尺寸精度，进而Fe粉末与Fe粉末的结合强度也不下降。而且，与作为金属氧化物而添加氧相比，以固溶于Cu合金粉末的状态添加氧时，能够提高铁基烧结合金零件组织的高Cu浓度部的氧的浓度，使滑动性提高。所以，由该方法制得的铁基烧结合金零件，其含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质，同时该烧结合金具有优异的尺寸精度、强度、及滑动性。
(c)作为原料粉末而使用的Cu合金粉末，如果是除了Fe：1～10％、O：0.2～1％之外还含有Mn：0.5～15％的Cu合金粉末，则Mn能够维持Cu合金粉末中氧的高浓度，使烧结中产生的Cu液相的氧的浓度提高，进一步阻碍Cu液相向Fe颗粒间的浸透。由此能够抑制由Cu液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高。提高铁基烧结合金零件的高Cu浓度部的氧的浓度，使滑动性提高。
(d)作为原料粉末而使用的Cu合金粉末，如果是除了Fe：1～10％、O：0.2～1％之外还含有Zn：0.2～10％的Cu合金粉末，则Zn能够维持Cu合金粉末中氧的高浓度，同时在比Cu液相低的温度下向Fe中扩散，Fe中的Zn使Cu液相与Fe颗粒之间的润湿性变差。由此，能够抑制由Cu液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高，同时能够防止由Cu液相阻断Fe粉末的结合而引起的强度下降，改善滑动性，提高防烧伤性。
本发明第一形式的铁基烧结合金零件的制造方法，例如可以具有以下的步骤。
(A1)是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质。
(A2)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质，作为所述Cu合金粉末，使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Mn：0.5～15％中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
(A3)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，作为所述Cu合金粉末，使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
(A4)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，作为所述Cu合金粉末，使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％、及Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
由于Al或Si成分有提高Cu合金粉末的氧浓度的作用，所以可以使用含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种的Cu合金粉末作为原材料，将该Cu合金粉末与Fe粉末及石墨粉末按一定比例进行配比、混合、成形、烧结。在这种情况下，能够得到以下四种中任意一种铁基烧结合金零件。
成分为含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金零件。
成分为含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金零件。
成分为含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金零件。
成分为含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、及Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金零件。
所以，第一形式中还包含以下的方法。
(A5)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末为含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
(A6)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末为含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Mn：0.5～15％中的一种或两种，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
(A7)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末为含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
(A8)在通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法中，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％及Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末为含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％及Mn：0.5～15％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末。
接着，对该第一形式的铁基烧结合金零件的制造方法中使用具有上述成分的Cu合金粉末作为原料粉末的理由说明如下。
Cu合金粉末中含有的Fe
Fe是通过使用含有Fe：1～10％的Cu合金粉末作为原料粉末，与Cu粉末相比，能够使得对Fe粉末的润湿性变差，能够抑制由Cu液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高的成分，其含有量不到1％时不能达到所希望的效果，而超过10％时又使压粉成形时的收缩性下降，因此是不希望的。所以将Cu合金粉末的成分定为含有1～10％的Fe。
Cu合金粉末中含有的氧
Cu合金粉末中含有的氧，使高Cu浓度部的氧浓度增高，能够使尺寸精度、强度及滑动性提高，其含有量不到0.2％时不能充分提高高Cu浓度部的氧浓度，而超过1％时会使烧结所得到的铁基烧结合金零件的强度下降，因此是不希望的。所以将Cu合金粉末的成分定为含有0.2～1％的氧。
Cu合金粉末中含有的Mn
Mn能够维持Cu合金粉末中所含有的氧为高浓度，提高烧结中生成的Cu液相中的氧浓度，进一步阻碍Cu液相对Fe颗粒间的浸透，抑制由Cu液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高，具有提高铁基烧结合金零件组织的Cu浓度高的部分的氧浓度、提高滑动性的作用，但其含有量不到0.5％时不能达到所希望的效果，而超过15％时使铁基烧结合金零件的含Mn量超过1.05％，韧性下降，因此是不希望的。所以将Cu合金粉末中的含Mn量定为0.5～15％。
Cu合金粉末中含有的Zn
Zn能够维持Cu合金粉末中所含有的氧为高浓度，同时能够在比Cu液相低的温度下在Fe中扩散，Fe中的Zn能够使Cu液相对Fe颗粒的润湿性变差，所以抑制由Cu液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高，能够防止由Cu液相对Fe粉末的隔断所引起的强度下降，同时具有改善滑动性、提高防烧伤性的作用，其含有量不到0.2％时，铁基烧结合金零件的含Zn量不到0.001％，该含量过低，不能达到所希望的效果，而超过10％时，铁基烧结合金零件的含Zn量超过0.7％，韧性下降，因此是不希望的。所以将Cu合金粉末中的含Zn量定为0.2～10％。
Cu合金粉末中含有的Al及Si
由于Al及Si具有提高Cu合金粉末的氧的浓度的作用，根据需要而添加，但即使是含有合计为不足0.01％的Al或Si中的一种或两种，由于铁基烧结合金零件中所含有的Al及Si不到0.001％，不能达到所希望的效果，另一方面，当含有合计超过2％的Al或Si中的一种或两种时，铁基烧结合金零件中所含有的Al及Si超过0.14％，强度反而下降，因此是不希望的。所以将Cu合金粉末中的Al及Si含量定为0.01～2％。
制造第一形式的铁基烧结合金零件的方法，是作为原料粉末准备具有上述(A1)～(A8)中所述成分的Cu合金粉末，进而准备Fe粉末及石墨粉末，将这些原材料按照既定的配比混合，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器(double cone mixer)混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。此时更希望烧结温度为1100～1260℃。
第二形式
本发明第二形式中的油泵转子，利用了上述铁基烧结合金零件，具有以下特征。
(B1)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B2)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B3)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B4)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
上述(B1)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量混合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B2)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B3)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量混合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Zn：0.2～10％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B4)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Zn：0.2～Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
进而，由于Al及Si具有提高Cu合金粉末的氧的浓度的作用，所以可使用合计含有0.01～2％的Al或Si中的一种或两种的Cu合金粉末作为原料粉末，将该Cu合金粉末与Fe粉末及石墨粉末配比、混合，成形、烧结而制造成铁基烧结合金制油泵转子。
在这种情况下能够得到以下的油泵转子。
(B5)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B6)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B7)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
(B8)含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所制的铁基烧结合金制油泵转子。
上述(B5)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，进而含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B6)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Mn：0.5～15％中的一种或两种，进而含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B7)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Zn：0.2～10％，进而含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
上述(B8)中所述的油泵转子，作为原料粉末，按照既定的量配合Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％，氧：0.2～1％，Zn：0.2～10％、及Mn：0.5～15％，进而含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
在构成具有上述(B1)～(B8)中所述成分组成的铁基烧结合金制油泵转子的铁基烧结合金的组织中，以原料粉末即Fe粉末烧结所生成的原Fe粉末边界所划分的、以Fe为主要成分、且含有Cu及O的区域基底集合而形成基底，该区域基底的原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度，该浓度分布已经由EPMA(电子探针X射线微量分析)进行了确认。图1是由EPMA测定的本发明的铁基烧结合金制油泵转子的区域基底中Cu及O的浓度分布图。点密集的部分表示Cu及O的浓度高。由图1可知，由原Fe粉末边界所划分的以Fe为主要成分且含有Cu及O的区域基底集合而形成基底，原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度。所以，由具有以Fe为主要成分且含有上述(B1)～(B8)所述成分组成的铁基烧结合金所构成的油泵转子的组织，与以往的金属氧化物颗粒沿原Fe粉末边界分散的组织不同。
接着，对本发明的构成铁基烧结合金制油泵转子的铁基烧结合金的成分组成进行上述限定的理由说明如下。
Cu：
Cu是能够提高Fe粉末的烧结性，并提高所得烧结体的尺寸精度的成分，但是，当铁基烧结合金中的Cu含量低于0.5％时，不能达到所希望的效果，而当超过7％时，烧结所得到的合金强度下降，所以是不希望的。因此，将Cu的含量定为0.5～7％。
C：
C是能够提高铁基烧结合金的强度与滑动性的元素，但是，当铁基烧结合金中的C含量低于0.1％时，不能达到所希望的效果，而当超过0.98％时，烧结所得到的Fe基合金的滑动性及韧性下降，所以是不希望的。因此，将C的含量定为0.1～0.98％。
氧：
基底中基底的周边部的高Cu浓度部的氧浓化(浓度提高)了的铁基烧结合金，能够使尺寸精度、强度及滑动性都进一步提高，但其含有量不到0.02％时，不能充分提高高Cu浓度部的氧浓度，而另一方面，超过0.3％时烧结所得到的铁基烧结合金的强度下降，所以是不希望的。因此，将铁基烧结合金中氧的含量定为0.02～0.3％。在这种情况下，由于如果氧作为金属氧化物颗粒而分散，则会增大与本部件相滑动的部件的磨损，所以必须固溶于高Cu浓度部。
Mn：
Mn具有能够维持Cu合金粉末中高的氧浓度，提高烧结中生成的Cu合金液相中的氧浓度，进一步阻碍Cu合金液相对Fe颗粒间的浸透，抑制由Cu合金液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高，提高铁基烧结合金组织的Cu浓度高的部分的氧浓度，提高滑动性的作用，但是，当其含量低于0.0025％时不能得到所希望的效果，而当超过1.05％时铁基烧结合金的韧性下降，所以是不希望的。因此，将铁基烧结合金中Mn的含量定为0.0025～1.05％。
Zn：
Zn具有能够维持Cu合金粉末中高的氧浓度，同时在比Cu液相低的温度下向Fe中扩散，Fe中的Zn使Cu合金液相与Fe颗粒之间的润湿性变差。由此，能够抑制由Cu合金液相引起的烧结体的膨胀，使烧结体的尺寸精度进一步提高，同时能够防止由Cu合金液相对Fe粉末的隔断而引起的强度下降，并改善滑动性，提高防烧伤性的作用。但是，当铁基烧结合金中Zn的含量低于0.001％时不能得到所希望的效果，另一方面，当铁基烧结合金中Zn的含量超过0.7％时，其韧性下降，所以是不希望的。因此，将铁基烧结合金的Mn的含量定为0.001～0.7％。
Al、Si：
Al及Si具有提高Cu合金粉末的氧的浓度的作用，根据需要而添加，但如果含有合计为不足0.001％的Al或Si中的一种或两种，则不能得到所希望的效果，另一方面，如果铁基烧结合金中所含有的Al、Si超过0.14％，强度反而下降，因此是不希望的。所以将铁基烧结合金中的Al、Si的含量定为0.001～0.14％。
第三形式
而且，本发明人通过实验还得到了以下结果。
(a)由Fe粉末、石墨粉末、Cu粉末、及金属氧化物粉末进行配比、混合、成形、烧结所得到的以往的铁基烧结合金，由于是烧结由Fe粉末、石墨粉末、Cu粉末、及金属氧化物粉末所构成的混合粉末，所以在烧结中首先Cu粉末熔化而形成Cu液相。由于该Cu液相对Fe的润湿性好，所以会浸透Fe粉末边界，分断Fe粉末颗粒之间的结合，因此会引起烧结体的强度下降，同时使烧结体膨胀，进而使尺寸精度下降，同时添加的金属氧化物粉末沿气孔的内面及原Fe粉末的边界而聚集，所以使摩擦系数增大，滑动特性恶化。
(b)为了解决这样的以往铁基烧结合金的问题，作为原料粉末，使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％的Cu合金粉末取代Cu粉末，在Fe粉末中添加石墨粉末及上述含有Fe：1～10％、O：0.2～1％的Cu合金粉末，对所得到的混合粉末进行成形与烧结。这样，由于烧结中生成的Cu合金液相对Fe粉末的润湿性变差，所以能够抑制Cu合金液相对Fe粉末边界的浸透，所以能够抑制烧结体的膨胀，使尺寸精度提高，进而不会降低Fe粉末颗粒之间的结合强度。而且，由于氧是以固溶于Cu合金粉末的状态而添加，所以在铁基烧结合金组织的高Cu浓度部分能够形成氧浓度高的组织，这样的组织与以往的金属氧化物分散的组织相比，其摩擦系数非常小，能够提高滑动性。因此，由该方法所得到的含有Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金，其尺寸精度、强度、及滑动特性都得到很大提高。
(c)作为原料粉末而使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％的Cu合金粉末而制作的铁基烧结合金，具有由原料粉末即Fe粉末烧结而生成的原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金构成的区域基底的集合体所构成的组织。由该原Fe粉末边界所划分的基底中，虽然C是均匀地固溶，但Cu及O的浓度却是具有区域基底的原Fe粉末颗粒边界附近的浓度大，中央部的浓度小的梯度分布。
本发明的第三形式是基于上述的研究结果而进行的，具有以下的构成。
(C1)是具有含有Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的成分，并具有由原料粉末即Fe粉末烧结而生成的原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金构成的区域基底的集合体所构成的组织的铁基烧结合金，在由该原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金构成的区域基底中，Cu及O的浓度具有区域基底的原Fe粉末颗粒边界附近的浓度大，中央部的浓度小的梯度分布。
本发明的第三形式的铁基烧结合金，以提高强度为目的，还可以含有N、Mo、Mn、Cr、Zn、Sn、P、Si中的一种或多种。
本发明的第三形式的铁基烧结合金，可以通过调整烧结时间，使由所述原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金所构成的区域基底，具有Cu及O的浓度在原Fe粉末颗粒边界附近最大，向着中央部而减少，在区域基底的中央部达到最小的梯度分布，这样的组织是更为希望的。
所以，本发明进而包含以下的构成。
(C2)是具有含有质量百分比Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的成分，并具有由原料粉末即Fe粉末烧结而生成的原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金构成的区域基底的集合体所构成的组织的铁基烧结合金，在由该原Fe粉末颗粒边界所划分的含有C、Cu、O的Fe基合金构成的区域基底中，Cu及O的浓度具有在原Fe粉末颗粒边界附近的浓度最大，向着中央部而减少，在区域基底中央部达到最小的梯度分布。
上述(C1)及(C2)所述的由含有Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的成分的铁基烧结合金，可以通过以既定的量对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末进行配比，进而再与作为润滑剂的硬脂酸锌粉末或亚乙基双酰胺一起由双锥搅拌器(double cone mixer)混合，压制成形为压坯，将压坯在含有氮的氢气气氛中，在1090～1300℃的温度下烧结而制成。
本发明的第三形式的铁基烧结合金的组织，具有由作为原料粉末的Fe粉末烧结生成的原Fe粉末边界所划分的以铁为主要成分且含有Cu及O的区域基底的集合体构成的组织。原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度。该浓度分布已经由EPMA(电子探针X射线微量分析)进行了确认。
图1是由EPMA所观察到的、本发明的铁基烧结合金组织的由原Fe粉末边界划分的区域基底Cu及O的浓度分布图。点密集的部分表示Cu及O的浓度高。由图1可知，由原Fe粉末边界所划分的含有C、Cu及O的Fe基合金构成的区域基底集合而形成组织，原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度。所以，具有以Fe为主要成分且含有上述Cu和O的上述(C1)～(C2)所述成分组成的本发明第三形式的铁基烧结合金的组织，与以往的金属氧化物颗粒沿原Fe粉末边界分散的组织不同。
接着，对本发明第三形式的铁基烧结合金的成分组成进行上述限定的理由说明如下。
Cu：
Cu是能够提高Fe粉末的烧结性，并提高所得烧结体的尺寸精度的成分，但是，当铁基烧结合金中的Cu含量低于0.5％时，不能达到所希望的效果，而当超过10％时，烧结所得到的合金强度下降，所以是不希望的。因此，将Cu的含量定为0.5～10％。
C：
C是能够提高铁基烧结合金的强度与滑动性的元素，但是，当铁基烧结合金中的C含量低于0.1％时，不能达到所希望的效果，而当超过0.98％时，烧结所得到的铁基烧结合金的滑动性及韧性下降，所以是不希望的。因此，将C的含量定为0.1～0.98％。
氧：
区域基底的周边部的高Cu浓度部的氧浓化(浓度提高)了的铁基烧结合金，能够使尺寸精度、强度及滑动性都进一步提高，但其含有量不到0.02％时，不能充分提高高Cu高浓度部的氧浓度，而另一方面，超过0.3％时烧结所得到的铁基烧结合金的强度下降，所以是不希望的。因此，将铁基烧结合金中氧的含量定为0.02～0.3％。
而且，通过使用含有Fe：1～10％、O：0.2～1％的Cu合金粉末取代Cu粉末作为原料粉末，能够形成原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O浓度的梯度分布。作为原料粉末使用的Cu合金粉末的成分为Fe：1～10％，是因为Fe不足1％时其提高烧结体精度尺寸的效果小，是所不希望的，而当Fe超过10％时，压坯成形时的压缩性下降，也是不希望的。而且，O为0.2～1％是由于当不足0.2％时其提高烧结体尺寸精度的效果小，是所不希望的，而当超过1％时，韧性下降，也是不希望的。
第一形式的实施例
作为原料粉末，准备了平均粒径为80μm的雾化Fe粉末、平均粒径为15μm的石墨粉末、以及具有如表1所示平均粒径及成分组成的Cu合金粉末A～U、还有纯Cu粉末及MnO粉末。
                                                            表1
类别                           成分组成(质量％)
Fe O Mn Zn Al Si   Cu及不可避免的杂质
Cu合金粉末   A   1.2   0.25   —   —   —   —   其余
  B   4.1   0.36   —   —   —   —   其余
  C   9.5   0.52   —   —   —   —   其余
  D   5.2   0.35   0.8   —   —   —   其余
  E   3.8   0.68   6.5   —   —   —   其余
  F   4.5   0.94   14.3   —   —   —   其余
  G   2.9   0.31   —   9.3   —   —   其余
  H   4.1   0.58   —   5.2   —   —   其余
  I   3.7   0.67   —   0.25   —   —   其余
  J   3.3   0.42   1.8   1.5   —   —   其余
  K   3.8   0.81   1.8   7.4   —   —   其余
  L   5.2   0.88   0.58   0.84   —   —   其余
  M   4.4   0.45   —   —   —   0.03   其余
  N   4.7   0.42   —   —   0.03   —   其余
  O   4.1   0.77   —   —   0.93   0.94   其余
  P   4.2   0.49   1.1   3.6   0.06   0.07   其余
  Q   3.7   0.5   7.6   2.2   0.04   0.06   其余
  R   0.5*   0.21   —   —   —   —   其余
  S   11*   0.45   —   —   —   —   其余
  T   3.8   0.1*   —   —   —   —   其余
  U   6.7   1.2*   —   —   —   —   其余
*表示在第一实施形式的范围之外。
将这些原料粉末按照表2～表3所示的成分进行配比，进而再额外添加0.8％的作为模压成形时的润滑剂的硬脂酸锌粉末，并混合，以600MPa的成形压力压制成尺寸为10×10×50mm的、长方体压坯，将所得到的长方体压坯在吸热型气体气氛下、在1140℃下烧结20min而制作长方体试样，实施了本实施例A1～A17，比较例A1～A4，以及以往例A1。
测定了由本实施例A1～A17，比较例A1～A4，以及以往例A1所制作的试样尺寸，求出压坯成型体基准尺寸的尺寸变化率，将其结果示于表2～表3，评价了尺寸精度。而且，还做了摆锤冲击试验，求出摆锤冲击值，其结果示于表2～表3。进而对长方体试样进行加工制作成拉伸试样，使用该拉伸试样测定拉伸强度，其结果示于表2～表3。
进而，准备了将上述长方体试样进行机械加工而得到的5×3×40mm的磨损试验片与外径45mm、内径27mm的SS330(一般结构用轧制钢)制的环。将该磨损试验片压附于转数为1500rpm、转速为3.5m/s的环，增大压附载荷，测定发生烧伤的载荷，其结果示于表2～表3。
                                                                                         表2
类别               原料粉末的混合组成(质量％)                     铁基烧结合金零件的成分组成(质量％) 尺寸变化率(％) 摆锤冲击值(J/cm2) 抗拉强度(MPa) 烧伤载荷(N)
  表1中的Cu合金粉末   石墨粉末   Fe粉末 Cu C O Mn Zn Al Si Fe
实施例 A1 A：6.7 1.15 其余 6.61 0.97 0.07 — — — —   其余 0.15 25 596 686
A2 B：3 0.8 其余 2.86 0.93 0.05 — — — —   其余 0.05 18 620 588
A3 C：5 1.1 其余 4.50 0.92 0.11 — — — —   其余 0.14 22 567 686
A4 D：5 1.1 其余 4.67 0.94 0.07 0.037 — — —   其余 0.13 24 537 686
A5 E：4 1.0 其余 3.54 0.89 0.13 0.26 — — —   其余 0.12 20 603 686
A6 F：7 1.0 其余 5.61 0.87 0.28 1.00 — — —   其余 0.15 25 575 980
A7 G：6 1.0 其余 5.23 0.85 0.06 — 0.551 — —   其余 0.13 21 623 784
A8 H：2.5 0.8 其余 2.24 0.72 0.04 — 0.130 — —   其余 0.04 17 642 588
A9 I：1.5 0.7 其余 1.41 0.60 0.02 — 0.004 — —   其余 0.03 19 562 490
A10 J：2 0.7 其余 1.83 0.61 0.03 0.036 0.028 — —   其余 0.05 22 580 588
A11 K：3 0.9 其余 2.56 0.78 0.09 0.051 0.220 — —   其余 0.04 21 655 686
A12 L：1 0.2 其余 0.93 0.18 0.03 0.006 0.006 — —   其余 0.13 17 573 490
                                                                                            表3
类别   原料粉末的混合组成(质量％)           铁基烧结合金零件的成分组成(质量％) 尺寸变化率(％) 摆锤冲击值(J/cm2) 抗拉强度(MPa) 烧伤载荷(N)
 表1中的Cu合金粉末   石墨粉末   Fe粉末 Cu C O Mn Zn Al Si Fe
实施例 A13 M：3.5 0.9   其余 2.83 0.79 0.07 — — — 0.0011   其余 0.06 18 623 588
A14 N：3.5 0.8   其余 2.84 0.70 0.05 — — 0.0012 —   其余 0.07 18 610 588
A15 O：6.5 1.1   其余 6.03 0.9 0.21 — — 0.060 0.060   其余 0.14 25 629 980
A16 P：3 0.8   其余 2.68 0.71 0.05 0.632 0.103 0.0015 0.0021   其余 0.06 21 628 784
A17 Q：3 0.9   其余 2.58 0.78 0.06 0.227 0.050 0.0011 0.0015   其余 0.02 19 644 882
比较例 A1 R：3 0.9   其余 2.94 0.77 0.02 — — — —   其余 0.23 12 394 196
A2 S：3 0.9   其余 2.98 0.80 0.05 — — — —   其余 0.15 9 421 294
A3 T：3 0.9   其余 2.65 0.78 0.01 — — — —   其余 0.28 13 410 196
A4 U：3 0.9   其余 2.83 0.77 0.13 — — — —   其余 0.13 8 346 686
  以往例A1  纯Cu：3MnO：0.1 0.9   其余 2.98 0.80 0.03 — — — —   其余 0.36 7 375 196
从表2～表3的结果可知，本实施例A1～A17与以往例A1相比，本实施例A1～A17所制作的试样的尺寸变化率比以往例A1的尺寸变化率小，尺寸精度优异、摆锤冲击值与拉伸强度高，而且环的磨损少、滑动性优异。但是，使用具有第一形式范围以外的成分的Cu粉末的比较例A1～A4，尺寸精度、摆锤冲击值、拉伸强度、以及磨损量中至少有一个不良。
第二形式的实施例
作为原料粉末，准备了平均粒径为80μm的雾化Fe粉末、平均粒径为15μm的石墨粉末、以及具有如表4所示平均粒径及成分组成的Cu合金粉末A～R、还有Cu粉末及MnO粉末。
                                                        表4
类别                                      成分组成(质量％)
Fe O Mn Zn Al Si   Cu及不可避免的杂质
Cu合金粉末   A   1.2   0.25   —   —   —   —   其余
  B   4.1   0.36   —   —   —   —   其余
  C   9.5   0.52   —   —   —   —   其余
  D   5.2   0.35   0.8   —   —   —   其余
  E   3.8   0.68   6.5   —   —   —   其余
  F   4.5   0.94   14.3   —   —   —   其余
  G   2.9   0.31   9.3   —   —   其余
  H   4.1   0.58   5.2   —   —   其余
  I   3.7   0.67   0.25   —   —   其余
  J   3.3   0.42   1.8   1.5   —   —   其余
  K   3.8   0.81   1.8   7.4   —   —   其余
  L   5.2   0.88   0.58   0.84   —   —   其余
  M   4.4   0.45   —   —   —   0.03   其余
  N   4.7   0.42   —   —   0.03   —   其余
  O   4.1   0.77   —   —   0.93   0.94   其余
  P   4.2   0.49   1.1   3.6   0.06   0.07   其余
  Q   3.8   0.98   —   —   —   —   其余
  R   4.2   0.13   —   —   —   —   其余
将这些原料粉末按照表5～表6所示的成分进行配比，进而再额外添加0.8％的作为模压成形时的润滑剂的硬脂酸锌，并混合，以600MPa的压力压制成尺寸为10×10×50mm的长方体压坯，将所得到的压坯在吸热气体气氛下、在1140℃下烧结20min而制成了如表5～表6所示的成分的、构成本发明油泵转子的铁基烧结合金的长方体试样(以下称为实施例)B1～B16，由构成比较油泵转子的铁基烧结合金组成的长方体试样(以下称为比较例)B1～B6，以及由构成以往油泵转子的铁基烧结合金组成的长方体试样(以下称为以往例)B1。
对实施例B1～B16、比较例B1～B6、以及以往例B1，由EPMA观察了基底中Cu及O的浓度分布，其结果示于表5～表6。
对实施例B1～B16、比较例B1～B6、以及以往例B1进行了尺寸测定，求出了压坯体基准尺寸的尺寸变化率，将结果示于表7，评价了尺寸精度。
由摆锤冲击试验求出摆锤冲击值，其结果示于表7。将实施例B1～B16、比较例B1～B6、以及以往例B1分别进行机械加工，制作拉伸试样，由该拉伸试样测定拉伸强度，结果示于表7。
进而，准备了将实施例B1～B16、比较例B1～B6、以及以往例B1的试样进行机械加工而得到的5×3×40mm的磨损试验片与外径45mm、内径27mm的SS330(一般结构用轧制钢)制的环。将该磨损试验片压附于转数为1500rpm、转速为3.5m/s的环，增大压附载荷，测定发生烧伤的载荷，其结果示于表7。
                                                                                      表5
试样               原料粉末的混合组成(质量％) 成分组成(质量％) 组织
  表4中的Cu合金粉末 石墨粉末 Fe粉末 Cu C O Mn Zn Al Si Fe
实施例  B1   A：6.7   1.15   其余   6.61   0.97   0.07   —   —   —   —   Fe 原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于中央部的Cu及O的浓度
 B2   B：3   0.8   其余   2.86   0.93   0.05   —   —   —   —   其余
 B3   C：5   1.1   其余   4.50   0.92   0.11   —   —   —   —   其余
 B4   D：5   1.1   其余   4.67   0.94   0.07   0.037   —   —   —   其余
 B5   E：4   1.0   其余   3.54   0.89   0.13   0.26   —   —   —   其余
 B6   F：7   1.0   其余   5.61   0.87   0.28   1.00   —   —   —   其余
 B7   G：6   1.0   其余   5.23   0.85   0.06   —   0.551   —   —   其余
 B8   H：2.5   0.8   其余   2.24   0.72   0.04   —   0.130   —   —   其余
 B9   I：1.5   0.7   其余   1.41   0.60   0.02   —   0.004   —   —   其余
 B10   J：2   0.7   其余   1.83   0.61   0.03   0.036   0.028   —   —   其余
 B11   K：3   0.9   其余   2.56   0.78   0.09   0.051   0.220   —   —   其余
 B12   L：1   0.2   其余   0.93   0.18   0.03   0.006   0.006   —   —   其余
                                                                                  表6
试样          原料粉末的混合组成(质量％) 成分组成(质量％) 组织
表4中的Cu合金粉末 石墨粉末 Fe粉末 Cu C O Mn Zn Al Si Fe
实施例  B13   M：3.5   0.9   其余   2.83   0.79   0.07   —   —   —   0.0011   其余 原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于中央部的Cu及O的浓度
 B14   N：3.5   0.8   其余   2.84   0.70   0.05   —   —   0.0012   —   其余
 B15   O：6.5   1.1   其余   6.03   0.90   0.21   —   —   0.060   0.060   其余
 B16   P：3   0.8   其余   2.68   0.71   0.05   0.632   0.103   0.0015   0.0021   其余
比较例  B1   B：7.5   0.9   其余   7.25*   0.77   0.02   —   —   —   —   其余
 B2   B：0.4   0.9   其余   0.33   0.80   0.05   —   —   —   —   其余
 B3   B：3   1.2   其余   2.65   1.01*   0.02   —   —   —   —   其余
 B4   B：3   0.1   其余   2.83   0.06*   0.13   —   —   —   —   其余
 B5   Q：3   0.9   其余   2.85   0.82   0.4*   —   —   —   —   其余
 B6   R：3   0.9   其余   2.85   0.81   0.01*   —   —   —   —   其余
  以往例 B1 纯Cu：3MnO：0.1 0.9 其余 2.98 0.03 0.03 0.027 — — — 其余 基底中分散有MnO粒子
*表示在第2形式的范围之外。
                                                    表7
试样   尺寸变化率(％)   摆锤冲击值(J/cm2)   抗拉强度(MPa)   烧伤载荷(N)
实施例   B1   0.15   25   596   686
  B2   0.05   18   620   588
  B3   0.14   22   567   686
  B4   0.13   24   537   686
  B5   0.12   20   603   686
  B6   0.15   25   575   980
  B7   0.13   21   623   784
  B8   0.04   17   642   588
  B9   0.03   19   562   490
  B10   0.05   22   580   588
  B11   0.04   21   655   686
  B12   0.13   17   573   490
  B13   0.06   18   623   588
  B14   0.07   18   610   588
  B15   0.14   25   629   980
  B16   0.06   21   628   784
比较例   B1   0.42   10   431   294
  B2   0.10   7   238   196
  B3   0.28   5   351   294
  B4   0.38   10   225   196
  B5   0.19   8   251   294
  B6   0.22   12   450   196
  以往例   B1   0.36   7   375   196
从表5～表7的结果可知，实施例B1～B16与以往例B1相比，实施例B1～B16比以往例B1的尺寸变化率小，尺寸精度优异、摆锤冲击值与拉伸强度高，而且环的磨损少、滑动性优异。
但是，具有本发明第二形式范围以外的成分组成的比较例B1～B6，尺寸精度、摆锤冲击值、拉伸强度、以及磨损量中至少有一个不良。所以，由与实施例B1～B16相同成分的铁基烧结合金所构成的油泵转子与以往的铁基烧结合金所构成的油泵转子相比，尺寸精度、摆锤冲击值与拉伸强度都得到了进一步的提高。
第三形式的实施例
作为原料粉末，准备了平均粒径为80μm的雾化Fe粉末、平均粒径为15μm的石墨粉末、以及具有如表8所示平均粒径及成分组成的Cu合金粉末A～L、Cu粉末及MnO粉末。
                                     表8
类别                       成分组成(质量％)
Fe O   Cu及不可避免的杂质
Cu合金粉末   A   1.2   0.25   其余
  B   4.1   0.36   其余
  C   9.5   0.52   其余
  D   5.2   0.35   其余
  E   3.8   0.68   其余
  F   8.5   0.94   其余
  G   2.9   0.31   其余
  H   4.6   0.58   其余
  I   7.7   0.67   其余
  J   6.3   0.42   其余
  K   3.8   0.98   其余
  L   4.2   0.13   其余
将这些原料粉末按照表9所示的成分进行配比，进而再额外添加0.8％的作为模压成形时的润滑剂的硬脂酸锌粉末，并混合，以600MPa的压力压制成尺寸为10×10×50mm的长方体压坯，将所得到的压坯在吸热气体气氛下、在1140℃下烧结20min而制作了如表9～表11所示成分的实施例C1～C10所构成的长方体试样，由比较例C1～C6所构成的长方体试样，以及由以往的铁基烧结合金所构成的长方体试样(以往例C1)。
对实施例C1～C10、比较例C1～C6、以及以往例C1，由EPMA观察了基底组织中Cu及O的浓度分布，其结果示于表9～表11。对这些试样进行了尺寸测定，求出了压坯成形体基准尺寸的尺寸变化率，将结果示于表11，评价了尺寸精度。而且，由摆锤冲击试验求出摆锤冲击值，其结果示于表11。进而将实施例C1～C10、比较例C1～C6、以及以往例C1分别进行机械加工，制作拉伸试样，由该拉伸试样测定拉伸强度，结果示于表11。进而，准备了将实施例C1～C10、比较例C1～C6、以及以往例C1的试样分别进行机械加工而得到的5×10×45mm的磨损试验片与外径45mm、内径27mm的SCM420制的环，使用该磨损试验片与环进行了以下的磨损试验，其结果示于表11，评价了滑动特性。
磨损试验1
将该磨损试验片压附于转速为3m/s的环，增大压附载荷，测定发生烧伤的载荷(烧伤载荷)，其结果示于表11，评价了滑动特性。
磨损试验2
以20kgf的载荷将该试验片压附于转速为3m/s的环，在压附方向与水平方向设置应变计，由应变计换算的载荷除以上述载荷(20kgf)而测定摩擦系数，其结果示于表11，评价了滑动特性。
                                                   表9
铁基烧结合金                 原料粉末的混合组成(质量％)        成分组成(质量％) 组织
  表8中的Cu合金粉末 石墨粉末 Fe粉末 Cu C O Fe
实施例   C1   A：0.6   0.8   其余   0.6   0.71   0.02   其余 原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于中央部的Cu及O的浓度的区域基底的集合体
  C2   B：2   0.8   其余   1.8   0.72   0.04   其余
  C3   C：3   0.8   其余   2.8   0.71   0.06   其余
  C4   D：5   0.8   其余   4.7   0.73   0.08   其余
  C5   E：7   0.8   其余   6.6   0.73   0.13   其余
  C6   F：11   0.8   其余   9.8   0.72   0.28   其余
  C7   G：3   0.15   其余   2.9   0.12   0.04   其余
  C8   H：3   0.3   其余   3.0   0.28   0.07   其余
  C9   I：3   0.6   其余   3.0   0.54   0.09   其余
  C10   J：3   0.11   其余   2.6   0.97   0.05   其余
                                                            表10
铁基烧结合金                 原料粉末的混合组成(质量％)              成分组成(质量％) 组织
  表8中的Cu合金粉末     石墨粉末   Fe粉末 Cu C O Mn Fe
比较例   C1   K：11     0.8   其余   9.8   0.71   0.31*   —   其余 原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于中央部的Cu及O的浓度的区域基底的集合体
  C2   L：0.6     0.8   其余   0.6   0.72   0.01*   —   其余
  C3   B：3     0.1   其余   2.9   0.06*   0.05   —   其余
  C4   B：3     1.2   其余   2.8   1.10*   0.05   —   其余
  C5   B：12     0.8   其余   11.5*   0.70   0.12   —   其余
  C6   B：0.4     0.8   其余   0.4*   0.71   0.03   —   其余
以往例C1   纯Cu：3MnO：0.1 0.8 其余 2.9 0.72 0.03 0.027 其余 基底中分散有MnO粒子
*表示在本发明的实施范围之外。
                                              表11
铁基烧结合金   尺寸变化率(％)   摆锤冲击值(J/cm2)   抗拉强度(MPa) 烧伤载荷(N) 摩擦系数
实施例   C1   0.01   25   596  686   0.17
  C2   0.01   18   620  588   0.15
  C3   0.05   22   567  686   0.12
  C4   0.1   20   663  725   0.11
  C5   0.14   19   642  993   0.08
  C6   0.16   17   695  594   0.04
  C7   0.12   24   563  630   0.15
  C8   0.08   26   572  705   0.12
  C9   0.07   24   645  685   0.11
  C10   0.03   23   623  673   0.13
比较例   C1   0.42   4   431  553   0.29
  C2   0.1   10   238  200   0.32
  C3   0.18   9   351  215   0.24
  C4   0.13   8   225  235   0.26
  C5   0.55   5   405  264   0.21
  C6   0.12   10   380  245   0.31
  以往例C1   0.36   7   375  180   0.33
从表9～表11的结果可知，实施例C1～C10的长方体试样与以往例C1相比，实施例C1～C10的长方体试样比以往例C1的尺寸变化率小，尺寸精度优异、摆锤冲击值与拉伸强度高，而且烧伤载荷大，是难以烧伤的合金，而且摩擦系数非常小，滑动性优异。
但是，具有第三形式范围以外的成分的比较例C1～C6的长方体试样，尺寸精度、摆锤冲击值、拉伸强度、耐烧伤性以及摩擦系数中至少有一个不良。
本发明的铁基烧结合金、铁基烧结合金零件及油泵转子，尺寸精度、强度、及滑动性能更为优异，能够对机械产业的发展做出大的贡献。

Claims (21)

1.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件以质量百分比(以下，％表示质量百分比)计，含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质。
2.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Mn：0.5～15％中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
3.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，其余为Cu及不可避免的杂质。
4.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％、及Mn：0.5～15％，其余为Cu及不可避免的杂质。
5.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
6.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末含有Fe：1～10％、O：0.2～1％、Mn：0.5～15％中的一种或两种，进而含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
7.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末的成分为：Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
8.一种铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：是通过对作为原料粉末的Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末进行配比、混合、成形、烧结而制备铁基烧结合金零件的方法，该合金零件含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质，所述Cu合金粉末的成分为：Fe：1～10％、O：0.2～1％、Zn：0.2～10％、Mn：0.5～15％，并且还含有合计为0.01～2％的Al或Si中的一种或两种，其余为Cu及不可避免的杂质。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的铁基烧结合金零件的制造方法，其特征在于：所述Fe粉末、石墨粉末、Cu合金粉末按照以下比例进行配比：石墨粉末0.1～1.2％、Cu合金粉末1～7％、其余为Fe粉末。
10.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由以质量百分比(以下，％表示质量百分比)计，含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
11.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
12.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
13.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
14.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
15.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
16.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
17.一种铁基烧结合金制的油泵转子，其特征在于：由含有Cu：0.5～7％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％、Mn：0.0025～1.05％、Zn：0.001～0.7％，并且还含有合计为0.001～0.14％的Al或Si中的一种或两种，其余为Fe及不可避免的杂质的铁基烧结合金所构成。
18.根据权利要求10～17中的任一项所述的油泵转子，其特征在于：所述铁基烧结合金由区域基底集合而形成基底，其中区域基底由作为原料粉末的Fe粉末烧结生成的原Fe粉末边界划分，以铁为主要成分且含有Cu及O，由所述原Fe粉末边界所划分的区域基底，具有所述原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度而分布的组织。
19.一种铁基烧结合金，其特征在于：具有以质量百分比计含有Cu：0.5～10％、C：0.1～0.98％、O：0.02～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质的成分组成，并具有由区域基底的集合体所构成的组织，其中区域基底由作为原料粉末的Fe粉末烧结生成的原Fe粉末边界划分，并由含有C、Cu、O的Fe基合金构成；由所述原Fe粉末边界所划分的、含有C、Cu、O的Fe基合金所构成的区域基底，具有原Fe粉末边界附近的Cu及O的浓度大于区域基底中央部的Cu及O的浓度的梯度分布。
20.根据权利要求19所述的铁基烧结合金，其特征在于：由所述原Fe粉末边界所划分的、含有C、Cu、O的Fe基合金所构成的区域基底，具有Cu及O的浓度在原Fe粉末边界附近的最大，向着区域基底的中央而减少，在区域基底的中央达到最小的浓度梯度分布。
21.根据权利要求19或20所述的铁基烧结合金的制造方法，其特征在于：通过对Fe粉末、石墨粉末、以及含有Fe：1～10％、O：0.2～1％，其余为Cu及不可避免的杂质的Cu合金粉末进行配比、混合、压力成形制作成粉末压坯，将该压坯在含氮的氢气气氛中，于1090～1300℃的温度下进行烧结。
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