JP2000144209A - 快削性鉄系焼結部品およびその製造方法 - Google Patents
快削性鉄系焼結部品およびその製造方法Info
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- JP2000144209A JP2000144209A JP10326536A JP32653698A JP2000144209A JP 2000144209 A JP2000144209 A JP 2000144209A JP 10326536 A JP10326536 A JP 10326536A JP 32653698 A JP32653698 A JP 32653698A JP 2000144209 A JP2000144209 A JP 2000144209A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄系焼結部品のある程度の硬さを保持しなが
ら被削性を大幅に改善する。 【解決手段】 Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．
０〜３．０％の少なくとも１種とＣを含む快削性鉄系焼
結部品である。この快削性焼結部品は、鉄系材料の圧粉
体または仮焼結体に硼素を含む水溶液またはアルコール
溶液を塗布し、または気孔中に含浸させた後に焼結する
ことにより硼素を含有し、かつ、表面部の基地硬さがＨ
ｖ１５０〜２５０である。
ら被削性を大幅に改善する。 【解決手段】 Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．
０〜３．０％の少なくとも１種とＣを含む快削性鉄系焼
結部品である。この快削性焼結部品は、鉄系材料の圧粉
体または仮焼結体に硼素を含む水溶液またはアルコール
溶液を塗布し、または気孔中に含浸させた後に焼結する
ことにより硼素を含有し、かつ、表面部の基地硬さがＨ
ｖ１５０〜２５０である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、快削性鉄系焼結部
品およびその製造方法に係り、特に、炭素を含む鉄系焼
結部品の圧粉体または仮焼結体の表面の一部または全体
に、硼素を含む溶液（以下、表面改質剤と称する）を浸
透させ、これを焼結することによって浸透した部分のみ
の硬さを低下させて被削性を改善する技術に関する。
品およびその製造方法に係り、特に、炭素を含む鉄系焼
結部品の圧粉体または仮焼結体の表面の一部または全体
に、硼素を含む溶液（以下、表面改質剤と称する）を浸
透させ、これを焼結することによって浸透した部分のみ
の硬さを低下させて被削性を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄系の焼結合金は、ニアネットシェイプ
に製造できるため、加工に要する製造コストを削減で
き、しかも比重の大きく異なる元素や固溶しにくい異種
合金を分散させること等が可能であり、耐摩耗性などの
特性を付与することができるため、種々の技術分野で多
用されている。たとえば、自動車や自動二輪車等の機械
部品には、複雑な形状であっても機械加工をかなり省略
することが可能であることから、鉄系焼結合金製の機械
部品が動弁系や軸受など多岐にわたって応用されてい
る。しかしながら、そのような鉄系焼結合金製の機械部
品であっても、多くのものは機械加工を施す必要がある
ため、被削性が悪いことが欠点となっている。
に製造できるため、加工に要する製造コストを削減で
き、しかも比重の大きく異なる元素や固溶しにくい異種
合金を分散させること等が可能であり、耐摩耗性などの
特性を付与することができるため、種々の技術分野で多
用されている。たとえば、自動車や自動二輪車等の機械
部品には、複雑な形状であっても機械加工をかなり省略
することが可能であることから、鉄系焼結合金製の機械
部品が動弁系や軸受など多岐にわたって応用されてい
る。しかしながら、そのような鉄系焼結合金製の機械部
品であっても、多くのものは機械加工を施す必要がある
ため、被削性が悪いことが欠点となっている。
【０００３】鉄系焼結合金の被削性を改善するために、
従来、原料粉として硫黄を含有する鉄粉を使用したり、
硫化物を原料粉に添加、混合する方法や、焼結体を硫化
水素ガス雰囲気で硫化処理する方法などが採用されてい
る。しかしながら、改削成分である硫黄を焼結合金の基
地中に分散させる方法では、被削性の改善には限界があ
る。また、硫黄は、焼結合金の強度を低下させる元素で
あり、特に、靭性を低下させる原因になるとともに、焼
結合金の腐食を促進する恐れもあるので用途に制限があ
る。
従来、原料粉として硫黄を含有する鉄粉を使用したり、
硫化物を原料粉に添加、混合する方法や、焼結体を硫化
水素ガス雰囲気で硫化処理する方法などが採用されてい
る。しかしながら、改削成分である硫黄を焼結合金の基
地中に分散させる方法では、被削性の改善には限界があ
る。また、硫黄は、焼結合金の強度を低下させる元素で
あり、特に、靭性を低下させる原因になるとともに、焼
結合金の腐食を促進する恐れもあるので用途に制限があ
る。
【０００４】また、焼結合金の気孔中に樹脂などを充填
する技術も提供されている。このような焼結合金では、
切削加工中に気孔中の樹脂がチップブレーキングの起点
となるため、切屑の分断性が良好である。しかしなが
ら、このような方法では、使用する樹脂の種類によって
はバイト等の切削工具の寿命を短くするものがあり、し
かも、焼結合金の用途によっては、切削加工後に気孔か
ら樹脂を抜き取る必要が生じる場合があるという欠点が
ある。
する技術も提供されている。このような焼結合金では、
切削加工中に気孔中の樹脂がチップブレーキングの起点
となるため、切屑の分断性が良好である。しかしなが
ら、このような方法では、使用する樹脂の種類によって
はバイト等の切削工具の寿命を短くするものがあり、し
かも、焼結合金の用途によっては、切削加工後に気孔か
ら樹脂を抜き取る必要が生じる場合があるという欠点が
ある。
【０００５】そこで、本出願人は、特開平９−１５７７
０６号公報において、炭素を含む鉄系材料の圧粉体また
は仮焼結体に、硼素を含む水溶液またはアルコール溶液
を塗布し、または気孔中に含浸させた後に焼結する鉄系
焼結材料の改質方法を提案した。この提案に係る技術に
よれば、炭素の基地中への拡散が硼素によって抑制さ
れ、鉄系焼結材料の所望の部分の硬さを低下させて被削
性を向上させることができる。
０６号公報において、炭素を含む鉄系材料の圧粉体また
は仮焼結体に、硼素を含む水溶液またはアルコール溶液
を塗布し、または気孔中に含浸させた後に焼結する鉄系
焼結材料の改質方法を提案した。この提案に係る技術に
よれば、炭素の基地中への拡散が硼素によって抑制さ
れ、鉄系焼結材料の所望の部分の硬さを低下させて被削
性を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の自動
車部品の高性能化の要請に伴い、更なる被削性の改善が
要求されるようになってきた。よって、本発明は、上記
した先の提案に係る鉄系焼結材料をさらに改良した快削
性鉄系焼結部品とその製造方法を提供することを目的と
している。
車部品の高性能化の要請に伴い、更なる被削性の改善が
要求されるようになってきた。よって、本発明は、上記
した先の提案に係る鉄系焼結材料をさらに改良した快削
性鉄系焼結部品とその製造方法を提供することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一般に、鉄系焼結部品の
炭素含有量が増えると材料が硬くなり、それに伴って被
削性が低下することが知られている。ところが、本発明
者の検討によれば、鉄系焼結部品の基地が純鉄に近くて
硬さがあまりに低いと、逆に切削工具の摩耗が増加する
という知見を得た。図１は、Ｃ量を変えることで作製し
た、種々の硬さを有する４種類（Ａ〜Ｄ）のＦｅ−１．
５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品と、前述の特開平９−１５７７０
６号公報に開示された手法により被削性を改善したＦｅ
−１．５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品（Ｅ）を切削加工した場合
の切削工具の摩耗量を示す線図である。従来、硬さが最
も低い部品Ａの被削性が最も優れており、工具摩耗量が
最も少ないと予想していたが、実際は、図１から判るよ
うに、部品の表面部の硬さがＨｖ１１０〜１２０（ｌｏ
ａｄ荷重＝１００ｇｆ）である最も軟質な部品Ａの摩耗
量が最も多く、硬さがＨｖ２００〜２３０の部品Ｃで最
小となっている。そして、硬さがＨｖ１５０〜２５０で
あれば、切削工具の摩耗量が部品Ａの摩耗量に対して大
幅に低減されることが判る。これは、鉄系焼結部品の基
地であるフェライトは粘性が高いため、切削加工の際に
刃先に凝着摩耗が発生するためと考えられる。また、図
１より、特開平９−１５７７０６号公報に開示された手
法により被削性を改善したものは、最も摩耗量が少な
く、被削性改善の効果が顕著に表れているが、基地硬さ
を高めて、凝着摩耗の発生を抑制することによって、更
なる被削性改善の余地が存在することが考えられる。そ
こで、本発明者は、フェライトを合金化して硬さを高め
たところ、所定の範囲の硬さのときに切削工具の摩耗が
著しく低減されることを見出した。
炭素含有量が増えると材料が硬くなり、それに伴って被
削性が低下することが知られている。ところが、本発明
者の検討によれば、鉄系焼結部品の基地が純鉄に近くて
硬さがあまりに低いと、逆に切削工具の摩耗が増加する
という知見を得た。図１は、Ｃ量を変えることで作製し
た、種々の硬さを有する４種類（Ａ〜Ｄ）のＦｅ−１．
５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品と、前述の特開平９−１５７７０
６号公報に開示された手法により被削性を改善したＦｅ
−１．５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品（Ｅ）を切削加工した場合
の切削工具の摩耗量を示す線図である。従来、硬さが最
も低い部品Ａの被削性が最も優れており、工具摩耗量が
最も少ないと予想していたが、実際は、図１から判るよ
うに、部品の表面部の硬さがＨｖ１１０〜１２０（ｌｏ
ａｄ荷重＝１００ｇｆ）である最も軟質な部品Ａの摩耗
量が最も多く、硬さがＨｖ２００〜２３０の部品Ｃで最
小となっている。そして、硬さがＨｖ１５０〜２５０で
あれば、切削工具の摩耗量が部品Ａの摩耗量に対して大
幅に低減されることが判る。これは、鉄系焼結部品の基
地であるフェライトは粘性が高いため、切削加工の際に
刃先に凝着摩耗が発生するためと考えられる。また、図
１より、特開平９−１５７７０６号公報に開示された手
法により被削性を改善したものは、最も摩耗量が少な
く、被削性改善の効果が顕著に表れているが、基地硬さ
を高めて、凝着摩耗の発生を抑制することによって、更
なる被削性改善の余地が存在することが考えられる。そ
こで、本発明者は、フェライトを合金化して硬さを高め
たところ、所定の範囲の硬さのときに切削工具の摩耗が
著しく低減されることを見出した。
【０００８】本発明の快削性鉄系焼結部品の製造方法は
上記知見に基づいてなされたもので、Ｐ：０．１〜１．
０重量％、Ｓｉ：２．０〜３．０％の少なくとも１種と
Ｃを含む鉄系材料の圧粉体または仮焼結体に、硼素を含
む水溶液またはアルコール溶液を塗布しまたは気孔中に
含浸させた後に焼結し、表面部の基地硬さをＨｖ１５０
〜２５０にすることを特徴としている。なお、ここでＨ
ｖとは、１００ｇｆの荷重をかけた場合のヴィッカース
硬さのことを指す。
上記知見に基づいてなされたもので、Ｐ：０．１〜１．
０重量％、Ｓｉ：２．０〜３．０％の少なくとも１種と
Ｃを含む鉄系材料の圧粉体または仮焼結体に、硼素を含
む水溶液またはアルコール溶液を塗布しまたは気孔中に
含浸させた後に焼結し、表面部の基地硬さをＨｖ１５０
〜２５０にすることを特徴としている。なお、ここでＨ
ｖとは、１００ｇｆの荷重をかけた場合のヴィッカース
硬さのことを指す。
【０００９】また、本発明の快削性鉄系焼結部品は、
Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．０〜３．０％の
少なくとも１種とＣを含む快削性鉄系焼結部品であっ
て、この快削性焼結部品は、鉄系材料の圧粉体または仮
焼結体に硼素を含む水溶液またはアルコール溶液を塗布
し、または気孔中に含浸させた後に焼結することにより
硼素を含有し、かつ、表面部の基地硬さがＨｖ１５０〜
２５０であることを特徴としている。
Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．０〜３．０％の
少なくとも１種とＣを含む快削性鉄系焼結部品であっ
て、この快削性焼結部品は、鉄系材料の圧粉体または仮
焼結体に硼素を含む水溶液またはアルコール溶液を塗布
し、または気孔中に含浸させた後に焼結することにより
硼素を含有し、かつ、表面部の基地硬さがＨｖ１５０〜
２５０であることを特徴としている。
【００１０】本発明においては、まず、鉄系材料の圧粉
体または仮焼結体の表面の一部または全部に、硼素を含
む水溶液またはアルコール溶液からなる表面改質剤を浸
透させる。次に、鉄への浸炭が行われる温度と通常の非
酸化性ガス雰囲気中で加熱する。これにより、鉄系材料
のうち硼素を含む表面改質剤を浸透させた部位の被削性
を著しく改善することができる。本発明者の検討によれ
ば、硼素により被削性が改善される理由は次のとおりで
ある。
体または仮焼結体の表面の一部または全部に、硼素を含
む水溶液またはアルコール溶液からなる表面改質剤を浸
透させる。次に、鉄への浸炭が行われる温度と通常の非
酸化性ガス雰囲気中で加熱する。これにより、鉄系材料
のうち硼素を含む表面改質剤を浸透させた部位の被削性
を著しく改善することができる。本発明者の検討によれ
ば、硼素により被削性が改善される理由は次のとおりで
ある。
【００１１】すなわち、浸透させられた硼素の化合物
（例えば酸化硼素（Ｂ２Ｏ３））は、焼結のための昇温
で温度がＣの基地への拡散温度より低い５００℃程度と
なると溶解し、これが圧粉体または仮焼結体に含まれる
黒鉛粉の表面を覆う。これにより、黒鉛粉のＣがフェラ
イト基地に拡散してパーライトを生成することができず
遊離黒鉛として残留し、これが固体潤滑剤として機能し
被削性を著しく改善する。しかも、加工の必要な箇所の
みの改質であるため、材料自体の機械的性質を変化させ
ることがない。さらに、表面改質層の厚さおよび硬さが
表面改質剤の濃度、浸透時間および方法の調製により容
易に制御することができる。特に、本発明では、鉄系材
料にＰおよびＳｉを含有させることにより、表面部の基
地硬さを上記のように設定しているため、被削性の更な
る改善を達成している。
（例えば酸化硼素（Ｂ２Ｏ３））は、焼結のための昇温
で温度がＣの基地への拡散温度より低い５００℃程度と
なると溶解し、これが圧粉体または仮焼結体に含まれる
黒鉛粉の表面を覆う。これにより、黒鉛粉のＣがフェラ
イト基地に拡散してパーライトを生成することができず
遊離黒鉛として残留し、これが固体潤滑剤として機能し
被削性を著しく改善する。しかも、加工の必要な箇所の
みの改質であるため、材料自体の機械的性質を変化させ
ることがない。さらに、表面改質層の厚さおよび硬さが
表面改質剤の濃度、浸透時間および方法の調製により容
易に制御することができる。特に、本発明では、鉄系材
料にＰおよびＳｉを含有させることにより、表面部の基
地硬さを上記のように設定しているため、被削性の更な
る改善を達成している。
【００１２】Ｐ：Ｐの含有量が０．１重量％未満である
と、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、表面部
の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｐの含有量が１．０重量％を上回ると、焼結中での
Ｆｅ−Ｐ液相の発生量が多くなり、焼結中の圧粉体の型
くずれが生じ易くなる。よって、Ｐの含有量は０．１〜
１．０重量％とした。なお、Ｐは単味粉の形態で添加す
ることも可能であるが、毒性が強いため、Ｆｅ−Ｐ合金
粉の形態で添加することが望ましい。
と、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、表面部
の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｐの含有量が１．０重量％を上回ると、焼結中での
Ｆｅ−Ｐ液相の発生量が多くなり、焼結中の圧粉体の型
くずれが生じ易くなる。よって、Ｐの含有量は０．１〜
１．０重量％とした。なお、Ｐは単味粉の形態で添加す
ることも可能であるが、毒性が強いため、Ｆｅ−Ｐ合金
粉の形態で添加することが望ましい。
【００１３】Ｓｉ：Ｓｉは単味粉の形態で添加する方が
早く基地中に拡散するが、純Ｓｉは高価であるため、工
業的にはＦｅ−Ｓｉ合金粉の形態で添加する方が経済的
であり望ましい。Ｓｉの含有量が２．０重量％未満であ
ると、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、表面
部の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。
一方、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回ると、Ｆｅ−
Ｓｉ合金粉末が硬くなって成形時の圧縮性が低下する。
その結果、成形体に必要な密度が得られず強度が低下す
る。よって、Ｓｉの含有量は２．０〜３．０重量％とし
た。
早く基地中に拡散するが、純Ｓｉは高価であるため、工
業的にはＦｅ−Ｓｉ合金粉の形態で添加する方が経済的
であり望ましい。Ｓｉの含有量が２．０重量％未満であ
ると、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、表面
部の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。
一方、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回ると、Ｆｅ−
Ｓｉ合金粉末が硬くなって成形時の圧縮性が低下する。
その結果、成形体に必要な密度が得られず強度が低下す
る。よって、Ｓｉの含有量は２．０〜３．０重量％とし
た。
【００１４】ここで、本発明における仮焼結体とは、圧
粉体を黒鉛が拡散しない程度に焼結したものを言い、そ
の焼結温度は９００℃以下である。また、本発明の鉄系
材料としては、Ｆｅ−Ｃ系であれば効果があり、その例
として、構造用焼結合金として著名であり、広く用いら
れているＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金を挙げることができる。
Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金を用いる場合、Ｃを０．１〜２．
０重量％、Ｃｕを１．０〜５．０重量％含有しているも
のを使用することが望ましい。
粉体を黒鉛が拡散しない程度に焼結したものを言い、そ
の焼結温度は９００℃以下である。また、本発明の鉄系
材料としては、Ｆｅ−Ｃ系であれば効果があり、その例
として、構造用焼結合金として著名であり、広く用いら
れているＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金を挙げることができる。
Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金を用いる場合、Ｃを０．１〜２．
０重量％、Ｃｕを１．０〜５．０重量％含有しているも
のを使用することが望ましい。
【００１５】Ｃは黒鉛粉末の形態で添加されるが、その
添加量（つまりＣの含有量）が０．１重量％未満である
と、基地中に拡散する炭素の量、すなわち改質されない
部分の炭素の量があまりにも少なく、所望の強度が得ら
れないばかりでなく、改質部の遊離黒鉛の量が少なくて
被削性改善の効果が得られなくなる。一方、黒鉛粉末の
添加量が２．０重量％を上回ると、拡散抑制の取りこぼ
しが多く生じてパーライトが生じるようになる。
添加量（つまりＣの含有量）が０．１重量％未満である
と、基地中に拡散する炭素の量、すなわち改質されない
部分の炭素の量があまりにも少なく、所望の強度が得ら
れないばかりでなく、改質部の遊離黒鉛の量が少なくて
被削性改善の効果が得られなくなる。一方、黒鉛粉末の
添加量が２．０重量％を上回ると、拡散抑制の取りこぼ
しが多く生じてパーライトが生じるようになる。
【００１６】また、Ｃｕも基地中に拡散して強化する
が、Ｃｕの含有量が１．０重量％未満ではその効果が乏
しい。一方、Ｃｕを５．０重量を超えて含有すると、軟
質なＣｕ相が生じて強度が低下するとともに、焼結時に
Ｃｕ液相の発生による寸法収縮、および液相発生により
Ｆｅ基地へ容易に拡散したＣｕによるＣｕ膨張現象によ
り製品の各部でミクロ的な収縮と膨張が生じ、結果とし
て製品全体の寸法変化のばらつきが大きく、寸法精度が
悪くなる。なお、Ｃｕは単味粉の形態で添加され、Ｃｕ
粉末および黒鉛粉末の平均粒径は、通常に用いられる範
囲の１〜１０μｍである。
が、Ｃｕの含有量が１．０重量％未満ではその効果が乏
しい。一方、Ｃｕを５．０重量を超えて含有すると、軟
質なＣｕ相が生じて強度が低下するとともに、焼結時に
Ｃｕ液相の発生による寸法収縮、および液相発生により
Ｆｅ基地へ容易に拡散したＣｕによるＣｕ膨張現象によ
り製品の各部でミクロ的な収縮と膨張が生じ、結果とし
て製品全体の寸法変化のばらつきが大きく、寸法精度が
悪くなる。なお、Ｃｕは単味粉の形態で添加され、Ｃｕ
粉末および黒鉛粉末の平均粒径は、通常に用いられる範
囲の１〜１０μｍである。
【００１７】表面改質剤の主成分である硼素は、硼素単
体の他に、硼酸、硼酸化物、硼素の酸化物、硼素のハロ
ゲン化物、硼素の硫化物、硼素の水素化物、フッ化硼素
系の化合物のいずれかが良いが、特に硼素の酸化物が効
果的である。そして、これらのうち１種または２種以上
を水またはアルコールに溶解させて表面改質剤とする。
表面改質剤の溶解濃度、浸透時間および浸透方法を変化
させることにより、所望の表面改質層の厚さおよび硬さ
を得ることができる。仮焼結体に対する表面改質剤の浸
透は、成形体の場合よりも容易である。成形体に適用す
る場合には、成形体に脂肪酸の潤滑剤が含まれているの
で、成形体を有機溶剤で脱脂した後に表面改質剤を塗布
または含浸することが望ましい。
体の他に、硼酸、硼酸化物、硼素の酸化物、硼素のハロ
ゲン化物、硼素の硫化物、硼素の水素化物、フッ化硼素
系の化合物のいずれかが良いが、特に硼素の酸化物が効
果的である。そして、これらのうち１種または２種以上
を水またはアルコールに溶解させて表面改質剤とする。
表面改質剤の溶解濃度、浸透時間および浸透方法を変化
させることにより、所望の表面改質層の厚さおよび硬さ
を得ることができる。仮焼結体に対する表面改質剤の浸
透は、成形体の場合よりも容易である。成形体に適用す
る場合には、成形体に脂肪酸の潤滑剤が含まれているの
で、成形体を有機溶剤で脱脂した後に表面改質剤を塗布
または含浸することが望ましい。
【００１８】本発明は、焼結部品の表面に切削加工を施
したり、サイジングを施す必要がある自動車エンジンの
ベアリングキャップ、シンクロナイザーハブ、汎用エン
ジン用の各種ギヤ、ＯＡ機器部品、工作機械部品などに
適用することにより、加工性および工具寿命を向上させ
ることができる。
したり、サイジングを施す必要がある自動車エンジンの
ベアリングキャップ、シンクロナイザーハブ、汎用エン
ジン用の各種ギヤ、ＯＡ機器部品、工作機械部品などに
適用することにより、加工性および工具寿命を向上させ
ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、具体的な実施例により本発明をさらに
具体的に説明する。Ａ．焼結体の作製 表１に示す配合比で原料粉末を用意し、これをＶ型ミキ
サーで３０分間混合した後に、混合粉末を密度６．６ｇ
／ｃｍ３に圧粉成形し、外径３２ｍｍ、内径１５ｍｍ、
高さ１０ｍｍの圧粉体を各５個づつ作製した。次いで、
それぞれの圧粉体を６９０℃の還元性ガス雰囲気で加熱
して仮焼結体を作製した。なお、表１中の配合量の単位
は重量％である。次に、酸化硼素をエタノールに溶解さ
せ、１０ｇ／１００ｍｌの濃度の表面改質剤を調製し
た。次いで、表面改質剤を満たした容器に仮焼結体を浸
漬し、容器を真空チャンバーに収容して真空引きを行う
ことにより、仮焼結体内部のガスを表面改質剤で置換し
た。次に、各仮焼結体を１１３０℃の還元性ガス（分解
アンモニアガス）雰囲気で６０分間加熱して焼結した。
具体的に説明する。Ａ．焼結体の作製 表１に示す配合比で原料粉末を用意し、これをＶ型ミキ
サーで３０分間混合した後に、混合粉末を密度６．６ｇ
／ｃｍ３に圧粉成形し、外径３２ｍｍ、内径１５ｍｍ、
高さ１０ｍｍの圧粉体を各５個づつ作製した。次いで、
それぞれの圧粉体を６９０℃の還元性ガス雰囲気で加熱
して仮焼結体を作製した。なお、表１中の配合量の単位
は重量％である。次に、酸化硼素をエタノールに溶解さ
せ、１０ｇ／１００ｍｌの濃度の表面改質剤を調製し
た。次いで、表面改質剤を満たした容器に仮焼結体を浸
漬し、容器を真空チャンバーに収容して真空引きを行う
ことにより、仮焼結体内部のガスを表面改質剤で置換し
た。次に、各仮焼結体を１１３０℃の還元性ガス（分解
アンモニアガス）雰囲気で６０分間加熱して焼結した。
【００２０】
【表１】
【００２１】Ｂ．試験方法 切削試験 各焼結体に対して切削試験を行い、工具刃先の逃げ面摩
耗幅を工具摩耗量として評価した。切削試験は、立方晶
窒化硼素（ＣＢＮ）製のスローアウエイチップを用いて
ＮＣ旋盤で行い、切削速度を１８０ｍｍ／分、送りを
０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、切込量を０．１５ｍｍとし、水
溶性切削油を用いて７０００ｍの距離を切削した。次い
で、切削加工部位を研磨してランダムにマイクロビッカ
ース硬さを測定し、その平均値とともに工具摩耗量を表
１に併記した。
耗幅を工具摩耗量として評価した。切削試験は、立方晶
窒化硼素（ＣＢＮ）製のスローアウエイチップを用いて
ＮＣ旋盤で行い、切削速度を１８０ｍｍ／分、送りを
０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、切込量を０．１５ｍｍとし、水
溶性切削油を用いて７０００ｍの距離を切削した。次い
で、切削加工部位を研磨してランダムにマイクロビッカ
ース硬さを測定し、その平均値とともに工具摩耗量を表
１に併記した。
【００２２】曲げ強さ試験 各焼結体に対しＪＩＳ Ｚ２２４８（金属材料曲げ試
験）の３点曲げ方法で曲げ強さを測定し、その平均値と
ともに曲げ強さを表１に併記した。
験）の３点曲げ方法で曲げ強さを測定し、その平均値と
ともに曲げ強さを表１に併記した。
【００２３】Ｃ．評価 Ｐ含有量の影響 表１からＰの含有量が互いに異なる試料を抜き出して表
２に記載した。また、表２に記載したＰ含有量と表面部
の基地硬さおよび工具摩耗量を図２に示した。図２から
判るように、Ｐの含有量が０．１重量％になると表面部
の基地硬さが大きく上昇し、Ｐの含有量が増えるに従っ
て硬さが増加している。また、Ｐの含有量が０．１重量
％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少していることも判
る。ただし、Ｐの含有量が１．０重量％を超える試料Ｎ
ｏ．５では、表１および表２の備考欄にも注記したが、
焼結中にＦｅ−Ｐ液相の発生量が多くて型くずれが生
じ、焼結体を形成することができなかった。このよう
に、Ｐの含有量を０．１〜１．０重量％とした本発明の
数値限定の根拠を確認する結果が得られた。また、Ｓｉ
と共存した場合でも本発明の効果が有効であることが確
認された。
２に記載した。また、表２に記載したＰ含有量と表面部
の基地硬さおよび工具摩耗量を図２に示した。図２から
判るように、Ｐの含有量が０．１重量％になると表面部
の基地硬さが大きく上昇し、Ｐの含有量が増えるに従っ
て硬さが増加している。また、Ｐの含有量が０．１重量
％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少していることも判
る。ただし、Ｐの含有量が１．０重量％を超える試料Ｎ
ｏ．５では、表１および表２の備考欄にも注記したが、
焼結中にＦｅ−Ｐ液相の発生量が多くて型くずれが生
じ、焼結体を形成することができなかった。このよう
に、Ｐの含有量を０．１〜１．０重量％とした本発明の
数値限定の根拠を確認する結果が得られた。また、Ｓｉ
と共存した場合でも本発明の効果が有効であることが確
認された。
【００２４】
【表２】
【００２５】Ｓｉ含有量の影響 表１からＳｉの含有量が互いに異なる試料を抜き出して
表２に併記した。また、表２に記載したＳｉ含有量と表
面部の基地硬さおよび工具摩耗量を図３に示した。図３
から判るように、Ｓｉの含有量が２．０重量％になると
表面部の基地硬さが大きく上昇し、Ｓｉの含有量が増え
るに従って硬さが増加している。また、Ｓｉの含有量が
２．０重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少してい
ることも判る。さらに、Ｓｉの含有量が３．０重量％を
上回る試料Ｎｏ．９では、被削性は良好であるが、別に
行った曲げ強さ試験の結果、顕著な強度の低下が判明し
ている。このように、Ｓｉの含有量を２．０〜３．０重
量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する結果が得
られた。
表２に併記した。また、表２に記載したＳｉ含有量と表
面部の基地硬さおよび工具摩耗量を図３に示した。図３
から判るように、Ｓｉの含有量が２．０重量％になると
表面部の基地硬さが大きく上昇し、Ｓｉの含有量が増え
るに従って硬さが増加している。また、Ｓｉの含有量が
２．０重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少してい
ることも判る。さらに、Ｓｉの含有量が３．０重量％を
上回る試料Ｎｏ．９では、被削性は良好であるが、別に
行った曲げ強さ試験の結果、顕著な強度の低下が判明し
ている。このように、Ｓｉの含有量を２．０〜３．０重
量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する結果が得
られた。
【００２６】Ｃｕ含有量の影響 表１からＣｕ粉の添加量（Ｃｕの含有量）が互いに異な
る試料を抜き出して表３に記載した。また、表３に記載
したＣｕ粉添加量と表面部の基地硬さおよび工具摩耗量
を図４に示した。図４から判るように、Ｃｕ粉の添加に
よる顕著な基地硬さ、工具摩耗量の変化はないが、Ｃｕ
粉の添加により強度は向上し、添加量の増加にしたがい
強度が向上している。ただし、試料Ｎｏ．１６では、Ｃ
ｕ液相の発生とＣｕ膨張現象が増加したことにより寸法
精度が低下していた。このように、Ｆｅ−Ｃ系合金にお
いても本発明の効果が確認でき、さらにＣｕの含有量を
１．０〜５．０重量％の範囲で被削性を低下させること
なく強度の改善が確認され、本発明における数値限定の
根拠を確認する結果が得られた。
る試料を抜き出して表３に記載した。また、表３に記載
したＣｕ粉添加量と表面部の基地硬さおよび工具摩耗量
を図４に示した。図４から判るように、Ｃｕ粉の添加に
よる顕著な基地硬さ、工具摩耗量の変化はないが、Ｃｕ
粉の添加により強度は向上し、添加量の増加にしたがい
強度が向上している。ただし、試料Ｎｏ．１６では、Ｃ
ｕ液相の発生とＣｕ膨張現象が増加したことにより寸法
精度が低下していた。このように、Ｆｅ−Ｃ系合金にお
いても本発明の効果が確認でき、さらにＣｕの含有量を
１．０〜５．０重量％の範囲で被削性を低下させること
なく強度の改善が確認され、本発明における数値限定の
根拠を確認する結果が得られた。
【００２７】
【表３】
【００２８】Ｃ含有量の影響 表１から黒鉛粉の添加量（Ｃの含有量）が互いに異なる
試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載し
た黒鉛粉添加量と表面部の基地硬さおよび工具摩耗量を
図５に示した。図５から判るように、黒鉛粉末の添加量
が０．１重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少して
いることが判る。また、黒鉛添加量が２．０重量％を上
回る試料Ｎｏ．２１では、パーライトが生成されたため
に工具摩耗量が増加した。このように、Ｃの含有量を
０．１〜２．０重量％とした本発明の数値限定の根拠を
確認する結果が得られた。
試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載し
た黒鉛粉添加量と表面部の基地硬さおよび工具摩耗量を
図５に示した。図５から判るように、黒鉛粉末の添加量
が０．１重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少して
いることが判る。また、黒鉛添加量が２．０重量％を上
回る試料Ｎｏ．２１では、パーライトが生成されたため
に工具摩耗量が増加した。このように、Ｃの含有量を
０．１〜２．０重量％とした本発明の数値限定の根拠を
確認する結果が得られた。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
部品の一部または全部に硼素を分散させるとともに表面
部の硬さをＨｖ１５０〜２５０としているので、黒鉛か
らのＣの拡散を防止するとともに遊離黒鉛として残存さ
せ、ある程度の硬さがありながら被削性を飛躍的に向上
させることができる。
部品の一部または全部に硼素を分散させるとともに表面
部の硬さをＨｖ１５０〜２５０としているので、黒鉛か
らのＣの拡散を防止するとともに遊離黒鉛として残存さ
せ、ある程度の硬さがありながら被削性を飛躍的に向上
させることができる。
【図１】 表面部の硬さを工具摩耗量との関係を示す線
図である。
図である。
【図２】 Ｐ含有量と基地硬さおよび工具摩耗量との関
係を示す線図である。
係を示す線図である。
【図３】 Ｓｉ含有量と基地硬さおよび工具摩耗量との
関係を示す線図である。
関係を示す線図である。
【図４】 Ｃｕ粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図５】 黒鉛粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．
０〜３．０％の少なくとも１種とＣを含む鉄系材料の圧
粉体または仮焼結体に、硼素を含む水溶液またはアルコ
ール溶液を塗布しまたは気孔中に含浸させた後に焼結
し、表面部の基地硬さをＨｖ１５０〜２５０にすること
を特徴とする快削性鉄系焼結部品の製造方法。 - 【請求項２】 Ｐ：０．１〜１．０重量％、Ｓｉ：２．
０〜３．０％の少なくとも１種とＣを含む快削性鉄系焼
結部品であって、この快削性焼結部品は、鉄系材料の圧
粉体または仮焼結体に硼素を含む水溶液またはアルコー
ル溶液を塗布し、または気孔中に含浸させた後に焼結す
ることにより硼素を含有し、かつ、表面部の基地硬さが
Ｈｖ１５０〜２５０であることを特徴とする快削性鉄系
焼結部品。 - 【請求項３】 前記鉄系材料の圧粉体または仮焼結体
は、Ｃを０．１〜２．０重量％、Ｃｕを１．０〜５．０
重量％含有していることを特徴とする請求項２に記載の
快削性鉄系焼結部品。 - 【請求項４】 前記硼素を含む水溶液またはアルコール
溶液は、硼酸、硼酸化物、硼素の酸化物、硼素のハロゲ
ン化物、硼素の硫化物、硼素の水素化物、フッ化硼素系
の化合物のいずれか１種または２種以上を含有すること
を特徴とする請求項２または３に記載の快削性鉄系焼結
部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32653698A JP3527110B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32653698A JP3527110B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000144209A true JP2000144209A (ja) | 2000-05-26 |
| JP3527110B2 JP3527110B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=18188937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32653698A Expired - Fee Related JP3527110B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3527110B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101187136B1 (ko) | 2007-08-03 | 2012-09-28 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체 |
| CN110016622A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-07-16 | 济南新艺粉末冶金有限公司 | 一种粉末冶金材料及其应用 |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP32653698A patent/JP3527110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101187136B1 (ko) | 2007-08-03 | 2012-09-28 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체 |
| CN110016622A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-07-16 | 济南新艺粉末冶金有限公司 | 一种粉末冶金材料及其应用 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3527110B2 (ja) | 2004-05-17 |
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