JP2002155303A

JP2002155303A - 鉄基焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2002155303A
Application number: JP2000349177A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Unami; 繁宇波; Satoshi Uenosono; 聡上ノ薗; Yukiko Ozaki; 由紀子尾崎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度と、高い面圧疲労強度を有する鉄基焼
結体を安定して製造できる鉄基焼結体の製造方法を提案
する。【解決手段】金型に、鉄基粉末と、鉄基粉末混合物全
量に対し、0.45質量％超1.0 質量％以下の黒鉛粉と、0.
05〜0.40質量％の粉末成形用潤滑剤とを含む鉄基粉末混
合物を加熱し、金型に充填したのち、所定の温度で加圧
成形して鉄基粉末成形体とし、ついで該鉄基粉末成形体
に焼結処理を施し鉄基焼結体としたのち、さらにガス浸
炭焼入れ処理を行い、ついで焼戻し処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄基焼結体の製造
方法に係り、とくに、高密度で高面圧疲労強度を有する
高密度鉄基焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄基粉末成形体は、粉末冶金用鉄基粉末
に、黒鉛粉、銅粉などの合金用粉末と、さらにステアリ
ン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の潤滑剤を混合した
鉄基粉末混合物を金型に充填したのち、加圧成形し製造
されるのが一般的である。成形体の密度としては、6.6
〜7.1Mg/m³が一般的である。

【０００３】これら鉄基粉末成形体は、さらに焼結処理
を施され焼結体とされ、必要に応じてさらにサイジング
や切削加工が施され、粉末冶金製品とされる。また、強
度増加を必要とする場合には、焼結体にさらに熱処理を
施すこともある。この粉末冶金技術により、高寸法精度
の複雑な形状の部品をニアネット形状に製造することが
可能となり、従来の製造方法に比べ大幅に切削コストの
低減が可能となった。

【０００４】さらに、最近では、切削加工の省略による
コスト削減のための一層の高寸法精度化や、自動車用機
械部品等の小型軽量化のための高強度化、あるいは小型
軽量化に伴う負荷増大に対処するため高い面圧疲労強度
を有することが鉄系粉末冶金製品に強く要求されてい
る。粉末冶金製品（焼結部品）の高面圧疲労強度化に対
しては、成形体の高密度化による焼結部品の高密度化が
有効である。焼結部品の密度が高いほど、部品中の空孔
が減少し、面圧疲労強度が向上する。

【０００５】一方、鉄基粉末成形体の高密度化を可能と
する成形方法として、鉄基粉末混合物に成形と焼結を施
したのち、さらに成形・焼結を繰り返して行う２回成形
２回焼結法や、１回成形１回焼結後熱間で鍛造する焼結
鍛造法などが提案されている。また、例えば、特開平2-
156002号公報、特公平7-103404号公報、USP 第5,256,18
5 号公報、USP 第5,368,630 号公報には、金属粉末を加
熱しつつ成形する温間成形技術が開示されている。この
温間成形技術は、温間成形時に潤滑剤の一部または全部
を溶融させて粉末粒子間に潤滑剤を均一に分散させ、粒
子間および成形体と金型の間の摩擦抵抗を下げ成形性を
向上させようとするものであり、上記した高密度成形体
の製造方法のなかではコスト的には最も有利であると考
えられている。この温間成形技術によれば、例えば、Fe
-4Ni-0.5Mo-1.5Cu系の部分合金化鉄粉に0.5 質量％の黒
鉛、0.6 質量％の潤滑剤を配合した鉄基粉末混合物を15
0℃で686MPaの圧力で成形した場合、7.30Mg/m³程度の
成形体が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焼結部
品の高面圧疲労強度化という観点と、コストの低減とい
う観点からは、更なる成形体の高密度化を、しかも１回
の成形で得ることができ、さらにこれら成形体を焼結し
て、高密度と高面圧疲労強度を兼ね備えた鉄基焼結体と
することができる、鉄基焼結体の製造方法の開発が望ま
れていた。

【０００７】このような成形体の高密度化の要求に対
し、温間成形技術を利用して上記した密度（7.30Mg/
m³）以上の成形体密度を一回の成形で得るためには、
潤滑剤の配合量を上記した量より低減するのが一つの手
段である。しかしながら、潤滑剤配合量をこれ以上低減
させると、成形後の抜出し力が非常に高くなり、鉄基粉
末成形体表面が欠け落ちやすくなるという問題があっ
た。また、上記した方法で製造された成形体を焼結する
だけでは、面圧疲労強度が不足する場合があった。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の問題を有利
に解決し、7.30Mg/m³以上の高密度と、高い面圧疲労強
度を有する鉄基焼結体を安定して製造できる鉄基焼結体
の製造方法を提案することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するために、まず、高密度の成形体を得るた
めの、鉄基粉末混合物の好適な加圧成形方法について鋭
意研究した。その結果、本発明者らは、成形体の高密度
化を達成するには、まず、上記した温間成形技術に加
え、温間成形する前に、金型に、帯電した潤滑剤を直接
吹付け塗布する温間金型潤滑技術を利用する、温間金型
潤滑成形技術を適用するのがよいことに想到した。な
お、本発明における「温間金型潤滑成形技術」とは、予
熱され表面に潤滑剤を帯電付着させた金型に、加熱され
た鉄基粉末混合物を充填したのち、加圧成形する成形方
法をいうものとする。

【００１０】そしてさらに、本発明者らは、0.45質量％
を超える中程度の量の黒鉛を配合した鉄基粉末混合粉を
用い、「温間金型潤滑成形技術」を利用して高密度の成
形体としたうえで、該成形体に焼結処理を施したのち、
ガス浸炭焼入れ処理と焼戻し処理を施すプロセスを適用
することにより、１回の加圧成形で7.30Mg/m³以上の高
密度を有し、かつ高い面圧疲労強度を有する鉄基焼結体
を安定して製造できることを見いだした。

【００１１】本発明は、上記した知見に基づいて、さら
に検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発
明は、金型に、加熱した鉄基粉末混合物を充填したの
ち、所定の温度で加圧成形して鉄基粉末成形体とし、つ
いで該鉄基粉末成形体に焼結処理を施し鉄基焼結体とす
る鉄基焼結体の製造方法において、前記金型を、予熱さ
れ、表面に温間金型潤滑用潤滑剤を帯電付着させた金型
とし、前記鉄基粉末混合物を、鉄基粉末と、鉄基粉末混
合物全量に対し、0.45質量％超1.0 質量％以下の黒鉛粉
と、0.05〜0.40質量％の粉末成形用潤滑剤とを含む鉄基
粉末混合物とし、前記焼結処理後に、さらにガス浸炭焼
入れ処理を行い、ついで焼戻し処理を行うことを特徴と
する鉄基焼結体の製造方法である。

【００１２】また、本発明では、前記ガス浸炭焼入れ処
理の焼入れ加熱温度を800 〜950 ℃とすることが好まし
く、また、本発明では、前記ガス浸炭焼入れ処理の雰囲
気ガス炭素ポテンシャルを0.7 〜1.2 ％とすることが好
適である。また、本発明では、前記温間金型潤滑用潤滑
剤を、前記加圧成形の所定の温度より高い融点を有する
潤滑剤と、前記加圧成形の所定の温度以下の融点を有す
る潤滑剤とからなる混合潤滑剤とするのが好ましく、ま
た、本発明では、前記加圧成形の所定の温度より高い融
点を有する潤滑剤の配合量を、温間金型潤滑用潤滑剤全
量に対し、0.5 〜80質量％とするのが好ましい。

【００１３】また、本発明では、前記粉末成形用潤滑剤
を、前記加圧成形の所定の温度より高い融点を有する潤
滑剤と、前記加圧成形の所定の温度以下の低い融点を有
する潤滑剤とからなる混合潤滑剤とするのが好ましく、
また、本発明では、前記加圧成形の所定の温度以下の低
い融点を有する潤滑剤の配合量を、粉末成形用潤滑剤全
量に対し、10〜75質量％とするのが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明では、金型に、加熱した鉄
基粉末混合物を充填したのち、所定の温度で加圧成形
し、鉄基粉末成形体とする。本発明では、成形に用いる
金型は、予め所定の温度に予熱される。金型の予熱温度
は、鉄基粉末混合物が所定の加圧成形の温度に保持でき
る温度であればよく、とくに限定する必要はないが、所
定の加圧成形の温度より20〜60℃高い温度とするのが望
ましい。なお、本発明でいう所定の加圧成形の温度と
は、加圧成形時の金型表面の温度をいうものとする。

【００１５】予熱された金型に、帯電された温間金型潤
滑用潤滑剤を導入し、潤滑剤を金型表面に帯電付着させ
る。温間金型潤滑用潤滑剤（固体粉末）は金型潤滑装置
（例えば、Gasbarre社製Die Wall Lubricant System ）
に装入し、潤滑剤（固体）粉末と装置内壁の接触帯電に
より帯電されるのが好ましい。帯電された温間金型潤滑
用潤滑剤は、噴射により金型内に導入され、金型表面に
帯電付着される。金型表面に帯電付着させる温間金型潤
滑用潤滑剤の付着量は、５〜100g/m²とするのが好まし
い。付着量が５g/m²未満では潤滑効果が不足し、成形後
の抜出し力が高くなる。一方、100g/m² を超えると、成
形体表面に潤滑剤が残存し、成形体の外観不良となる。

【００１６】粉末を予熱した金型で加圧成形する際に、
金型表面に帯電付着させて使用する温間金型潤滑用潤滑
剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステ
アリン酸カルシウム等の金属石鹸や、エチレンビスステ
アロアミド等の通常ワックスと呼ばれる潤滑剤が単独あ
るいは混合して使用できる。温間金型潤滑用潤滑剤を混
合して使用する場合には、加圧成形の所定の温度より高
い融点を有する潤滑剤と、加圧成形の所定の温度以下の
低い融点を有する潤滑剤とからなる混合潤滑剤とするの
が好ましい。なお、加圧成形の所定の温度より高い融点
を有する潤滑剤の配合量は、温間金型潤滑用潤滑剤全量
に対し、0.5〜80質量％とするのが好ましい。

【００１７】加圧成形の所定の温度より高い融点を有す
る潤滑剤は、加圧成形時、金型内で未溶融であり固体粒
子として存在し、金型内で「ころ」として作用し、さら
に溶融あるいは部分溶融した潤滑剤の金型内での移動を
防止して、成形体と金型表面との摩擦抵抗を低減して抜
出し力の増加を防止する役割を有している。加圧成形の
所定の温度より高い融点を有する潤滑剤の配合量が、0.
5 質量％未満では、加圧成形の温度より低い融点をもつ
潤滑剤が多くなり、潤滑剤が溶融する量が多く、潤滑剤
が移動し金型表面で均一な分布とならず、成形体と金型
表面の摩擦抵抗が増大して抜出し力が増加する。一方、
80質量％を超えて配合すると、金型内で固体潤滑剤の量
が多くなりすぎ、金型表面の潤滑剤の分布が不均一とな
り、金型潤滑が不十分で抜出し力が増加することにな
る。

【００１８】また、加圧成形の所定の温度以下の低い融
点を有する潤滑剤は、加圧成形時に、溶融あるいは部分
溶融して、金型表面にグリース状に存在し、抜出し力を
低減する効果を有する。温間金型潤滑用潤滑剤のうち、
所定の加圧成形の温度より高い融点をもつ潤滑剤は、金
属石鹸、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、層状の
結晶構造を有する無機または有機潤滑剤のうちから選ば
れた１種または２種以上とするのが好ましい。所定の加
圧成形の温度に応じ、下記した潤滑剤から適宜選択でき
る。

【００１９】金属石鹸としては、ステアリン酸リチウ
ム、ヒドロキシステアリン酸リチウム等が好ましい。ま
た、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリアミ
ド、フッ素樹脂等が好適である。熱可塑性エラストマー
としては、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系
エラストマー等が好適である。また、層状の結晶構造を
有する無機潤滑剤としては、黒鉛、MoS₂、フッ化炭素の
いずれでも良く、粒度は細かいほど、抜出し力の低減に
有効である。層状の結晶構造を有する有機潤滑剤として
は、メラミン−シアヌル酸付加物（MCA ）、N-アルキル
アスパラギン酸−β- アルキルエステルのいずれも使用
することができる。

【００２０】一方、温間金型潤滑用潤滑剤のうち、所定
の加圧成形の温度以下の低い融点をもつ潤滑剤は、加圧
成形の所定の温度で溶融あるいは部分溶融する低融点で
帯電しやすい潤滑剤が望ましい。このような潤滑剤とし
ては、金属石鹸、アミド系ワックス、ポリエチレンおよ
びこれらのうちの少なくとも２種以上の共溶融物のうち
から選ばれた１種または２種以上とするのが好ましい。
所定の加圧成形の温度に応じ、下記した潤滑剤から適宜
選択できる。

【００２１】金属石鹸としては、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸カルシウム等が好ましい。また、アミド系ワ
ックスとしては、エチレンビスステアロアミド、ステア
リン酸モノアミド等が好適である。共溶融物としては、
エチレンビスステアロアミドとポリエチレンの共溶融
物、エチレンビスステアロアミドとステアリン酸亜鉛の
共溶融物、エチレンビスステアロアミドとステアリン酸
カルシウムの共溶融物等が好適である。

【００２２】ついで、温間金型潤滑用潤滑剤を帯電付着
された金型に、加熱された鉄基粉末混合物を装入充填
し、加圧成形し鉄基粉末成形体とする。鉄基粉末混合物
の加熱温度は、100 〜200 ℃とするのが好ましい。加熱
温度が100 ℃未満では、鉄粉の降伏応力が高く、成形体
の密度が低下する。一方、加熱温度が200 ℃を超えても
実質的に密度の増加はなく、鉄粉の酸化の懸念が生じ
る。このため、鉄基粉末混合物の加熱温度は、100 〜20
0 ℃の範囲とするのが望ましい。

【００２３】鉄基粉末混合物は、鉄基粉末に、黒鉛と、
潤滑剤（粉末成形用潤滑剤）と、あるいはさらに合金用
粉末を混合したものである。鉄基粉末と黒鉛、粉末成形
用潤滑剤、あるいはさらに合金用粉末との混合方法は、
とくに限定する必要はなく、通常公知の混合方法がいず
れも好適に利用できる。本発明における鉄基粉末は、ア
トマイズした純鉄粉、部分拡散合金化鋼粉、完全合金化
鋼粉、またはこれらの混合粉とするのが好ましい。

【００２４】また、鉄基粉末混合物に含まれる粉末成形
用潤滑剤の含有量は、鉄基粉末混合物全量に対し0.05〜
0.40質量％とするのが好ましい。粉末成形用潤滑剤の含
有量が0.05質量％未満では、鉄基粉末混合物の粒子同士
の潤滑作用が少なくなり、成形体の密度が低下し、また
成形割れが生じやすい。一方、粉末成形用潤滑剤含有量
が0.40質量％を超えると、潤滑作用よりむしろ粒子の塑
性変形を阻害するように作用するため、成形体の密度が
低下し、焼結体密度が低下する。

【００２５】鉄基粉末混合物に配合される粉末成形用潤
滑剤としては、特公平7-103404号公報、特開平9-104901
号公報、特開平10-317001 号公報に示された潤滑剤がい
ずれも好適に使用できる。また、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等の金属
石鹸や、エチレンビスステアロアミドなどの通常ワック
スと呼ばれる潤滑剤が単独あるいは混合して使用でき
る。

【００２６】粉末成形用潤滑剤を、２種以上の潤滑剤を
混合した混合潤滑剤とする場合には、加圧成形の所定の
温度より高い融点を有する潤滑剤と加圧成形の所定の温
度以下の低い融点を有する潤滑剤の混合とするのが好ま
しい。粉末成形用潤滑剤を所定の加圧成形の温度以下の
低い融点をもつ潤滑剤と所定の加圧成形の温度より高い
融点をもつ潤滑剤とからなる混合潤滑剤とする場合に
は、所定の加圧成形の温度以下の低い融点をもつ潤滑剤
の含有量は、含まれる粉末成形用潤滑剤全量の10〜75質
量％とし、残部の25〜90質量％を所定の加圧成形の温度
より高い融点とからなる潤滑剤とするのがより好まし
い。

【００２７】所定の加圧成形の温度以下の低い融点をも
つ潤滑剤は、加圧成形時に溶融し、粉末粒子間に毛細管
力により浸透して、粉末粒子内部に均等に分散し、粒子
相互の接触抵抗を低減し、粒子再配列を促進して成形体
の高密度化を促進する効果を有する。所定の加圧成形の
温度以下の低い融点をもつ潤滑剤の含有量が、10質量％
未満では、粉末粒子内部に潤滑剤が均等に分散せず、成
形体密度が低下する。また、75質量％を超えると、成形
体の密度が増加するにしたがい、溶融した潤滑剤が成形
体表面へ絞り出され、表面に、潤滑剤の逃げ道が形成さ
れ、成形体表面に多数の粗大な空孔が形成されて、焼結
部材の強度低下を招く。

【００２８】鉄基粉末混合粉に含まれる、所定の加圧成
形の温度より高い融点をもつ潤滑剤は、成形時、固体と
して存在し、溶融した潤滑剤が鉄基粉末粒子表面の凸部
において「ころ」として作用して、粒子の再配列を促進
し、成形体の密度を増加させる効果を有する。鉄基粉末
混合物に含まれる粉末成形用潤滑剤のうち、所定の加圧
成形の温度より高い融点をもつ潤滑剤としては、金属石
鹸、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、層状の結晶
構造を有する無機または有機潤滑剤のうちから選ばれた
１種または２種以上とするのが好ましい。所定の加圧成
形の温度に応じ、下記した潤滑剤から適宜選択できる。

【００２９】金属石鹸としては、ステアリン酸リチウ
ム、ヒドロキシステアリン酸リチウム等が好ましい。ま
た、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリアミ
ド、フッ素樹脂等が好適である。熱可塑性エラストマー
としては、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系
エラストマー等が好適である。また、層状の結晶構造を
有する無機潤滑剤としては、黒鉛、MoS₂、フッ化炭素の
いずれでも良く、粒度は細かいほど、抜き出し力の低減
に有効である。層状の結晶構造を有する有機潤滑剤とし
ては、メラミン−シアヌル酸付加物（MCA ）、N-アルキ
ルアスパラギン酸−β- アルキルエステルのいずれも使
用することができる。

【００３０】鉄基粉末混合粉に含まれる粉末成形用潤滑
剤のうち、所定の加圧成形の温度以下の低い融点をもつ
潤滑剤としては、金属石鹸、アミド系ワックス、ポリエ
チレンおよびこれらのうちの少なくとも２種以上の共溶
融物のうちから選ばれた１種または２種以上とするのが
好ましい。所定の加圧成形の温度に応じ、下記した潤滑
剤から適宜選択できる。

【００３１】金属石鹸としては、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸カルシウム等が好ましい。また、アミド系ワ
ックスとしては、エチレンビスステアロアミド、ステア
リン酸モノアミド等が好適である。共溶融物としては、
エチレンビスステアロアミドとポリエチレンの共溶融
物、エチレンビスステアロアミドとステアリン酸亜鉛の
共溶融物、エチレンビスステアロアミドとステアリン酸
カルシウムの共溶融物等が好適である。また、成形温度
によっては、これらの潤滑剤の一部を加圧成形温度より
高い融点をもつ潤滑剤として使用することもできる。

【００３２】鉄基粉末混合物に含まれる黒鉛粉は、焼入
れ性を高め、焼入れ処理を施した焼結体を強化する効果
を有する。本発明では、鉄基粉末混合物に配合する黒鉛
粉は、鉄基粉末混合物全量に対し、0.45質量％超1.0 質
量％以下とする。黒鉛粉の含有量が0.45質量％以下で
は、上記した効果が十分に認められず、面圧疲労強度が
低下する。一方、1.0 質量％を超えて含有すると、成形
体の密度が低下し、その結果、焼結体の面圧疲労強度が
低下する。このようなことから、鉄基粉末混合物に含ま
れる黒鉛粉は、0.45質量％超1.0 質量％以下とした。な
お、好ましくは、0.50〜0.90質量％である。

【００３３】このようにして製造された高密度の鉄基粉
末成形体に、ついで焼結処理を施し、鉄基焼結体を得
る。本発明における焼結処理条件は、とくに限定する必
要はなく、通常公知の焼結方法がいずれも好適に使用で
きる。焼結温度は1100〜1300℃の範囲とするのが好まし
く、焼結雰囲気は、エンドサーミックスガス雰囲気（Ｒ
Ｘ雰囲気）、水素を含む窒素ガス雰囲気、アンモニア分
解ガス雰囲気あるいは真空中とするのが好ましい。

【００３４】なお、焼結温度が高いほど、焼結体強度は
増加するが、焼結温度の上昇は、焼結コストを増加させ
る。このため、焼結温度は強度とコストを考慮して適宜
選択するのが好ましい。ついで、このようにして得られ
た鉄基焼結体にガス浸炭焼入れ処理を施す。なお、ガス
浸炭焼入れ処理とは、浸炭性雰囲気中で鉄基焼結体を加
熱し、焼結体表面に炭素侵入層を形成した後、引続き60
℃程度の油中で冷却する焼入れ処理である。

【００３５】このガス浸炭焼入れ処理により、焼結体表
面が硬化し、焼結体の面圧疲労強度が増加する。ガス浸
炭焼入れ処理における焼入れ加熱温度は800 〜950 ℃と
するのが好ましい。焼入れ加熱温度が800 ℃未満では浸
炭が不十分であり焼入れによる硬化が不十分となる。一
方、950 ℃を超えると焼結体表面に異常組織が生成し、
面圧疲労強度が低下する。

【００３６】また、浸炭性雰囲気の炭素ポテンシャル
は、0.7 〜1.2 ％とするのが好ましい。炭素ポテンシャ
ルが0.7 ％未満では、浸炭が不十分であり焼入れによる
硬化が不十分となる。一方、1.2 ％を超えると、焼結体
表面に異常組織が生成し、面圧疲労強度が低下する。ガ
ス浸炭焼入れ処理に引続いて、焼戻し処理が施される。
焼戻し処理は、熱処理後のひずみを除去するために行
う。焼戻し温度は、通常、粉末冶金業界で実施される13
0 ℃〜250 ℃の温度範囲とするのが好ましい。

【００３７】

【実施例】鉄基粉末として、アトマイズ純鉄粉にNi、M
o、Cuが拡散付着したFe-4Ni-0.5Mo-1.5Cu組成の部分合
金化鋼粉（鉄基粉末ａ）、アトマイズ純鉄粉にNi、Moが
拡散付着したFe-2Ni-1Mo組成の部分合金化鋼粉（鉄基粉
末ｂ）を用いた。これら部分合金化鋼粉に、表１に示す
量の粉末成形用潤滑剤と、黒鉛とをＶブレンダにより混
合し、鉄基粉末混合物とした。なお、粉末成形用潤滑剤
は、表２に示す潤滑剤を使用し表１に示す配合の潤滑剤
とした。

【００３８】まず、加圧成形用の金型を予熱し、ついで
金型潤滑装置（Gasbarre社製）を用いて帯電させた温間
金型潤滑用潤滑剤を金型内に噴霧導入し、金型表面に温
間金型潤滑用潤滑剤を帯電付着させた。温間金型潤滑用
潤滑剤の付着量は10g/m²とした。なお、温間金型潤滑用
潤滑剤は、表２に示す潤滑剤を使用し、表１に示す配合
とした。なお、金型表面の温度を測定し、加圧成形温度
とした。

【００３９】ついで、このように処理された金型に、加
圧成形温度と同じ温度に加熱された鉄基粉末混合物を充
填したのち、表１に示す加圧成形温度で加圧成形し、外
径60φ×内径20φ×５mmの成形体とした。なお、加圧力
は、686MPaとした。ついで、これら成形体に、Ｎ₂ （90
％）−Ｈ₂ （10％）雰囲気中で1250℃×3600ｓの焼結処
理を施し、鉄基焼結体とした。ついで、得られた焼結体
を表３に示す条件でガス浸炭し、60℃の油中に焼入れす
るガス浸炭焼入れ処理を施した。

【００４０】ガス浸炭焼入れ処理済みのこれら焼結体
に、さらに表３に示す条件の焼戻し処理を施した。な
お、金型潤滑用潤滑剤を塗布しない金型に、加熱した鉄
基粉末混合物を充填し、加圧成形し、同様の成形体を得
て、さらに焼結処理を施し鉄基焼結体としたのち、同様
のガス浸炭焼入れ処理、焼戻し処理を施し比較例（焼結
体No.11 ）とした。

【００４１】まず、これら鉄基粉末成形体、焼結ままの
鉄基焼結体について、アルキメデス法で密度を測定し
た。また、得られた鉄基焼結体について、６球式面圧疲
労試験を実施し、面圧疲労強度を測定した。６球式面圧
疲労試験の試験方法は下記のとおりである。（６球式面
圧疲労試験）各鉄基焼結体から外径φ60mm×内径φ20mm
×厚み５mmの試験片を採取し、これら試験片を６球式面
圧疲労試験機に装着し、面圧疲労強度を求めた。面圧疲
労強度σ_wは、試験片表面に荷重をかけた試験鋼球を転
動させ、疲労限（10⁷回）の荷重Ｐを求めて、次式を用
いて算出した。

【００４２】σ_w＝0.62｛Ｐ（Ｅ₂・Ｅ₁）²／（ｒ²
（Ｅ₂＋Ｅ₁）²）｝^1/3 σ_w：焼結体の面圧疲労強度（MPa ）、Ｐ：疲労限の試
験鋼球の負荷荷重（Ｎ）、ｒ：試験鋼球の半径（ｍ）、
Ｅ₁：焼結体のヤング率（MPa ）、Ｅ₂：試験鋼球のヤ
ング率（MPa ）。なお、焼結体のヤング率Ｅ₁は、次式を用いて求めた値
を用いた。

【００４３】Ｅ₁＝−342000＋69200 ・ρ ここで、Ｅ₁：焼結体のヤング率（MPa ）、ρ：焼結体
密度（Mg/m³）、これらの結果を表４に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】本発明例では、１回の成形とそれに引き続
く、焼結、ガス浸炭焼入れ処理と焼戻し処理により、焼
結体密度7.43Mg/m³ 以上の高密度で、かつ高い面圧疲労
強度を有する鉄基焼結体が得られている。一方、鉄基粉
末混合物に含まれる黒鉛量が本発明の範囲を外れる比較
例（焼結体No.6、No.10 ）は、密度あるいは面圧疲労強
度が低下している。

【００４９】また、鉄基粉末混合物に含まれる潤滑剤量
が本発明の範囲を外れる比較例（焼結体No.5）では、成
形体および焼結体の密度が低下し、面圧疲労強度も低下
している。また、温間金型潤滑を施さない比較例（焼結
体No.11 ）では、成形体の密度が7.30 Mg/m³より低く、
１回の成形では高密度化が達成できていない。焼結体の
密度も7.43Mg/m³ より低い。また、ガス浸炭焼入れ処理
または焼戻し処理条件が好適範囲を外れる本発明例（焼
結体No.12 、No.13 ）では、面圧疲労強度が若干低下し
ている。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、１回の成形とその後の
焼結、ガス浸炭焼入れ焼戻し処理により、高密度でかつ
高面圧疲労強度を有する鉄基焼結体が容易に製造でき、
産業上格段の効果を生じる。

フロントページの続き (72)発明者尾崎由紀子千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4K018 AA30 AB07 AC01 CA02 CA07 CA12 DA11 DA31 FA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型に、加熱した鉄基粉末混合物を充填
したのち、所定の温度で加圧成形して鉄基粉末成形体と
し、ついで該鉄基粉末成形体に焼結処理を施し鉄基焼結
体とする鉄基焼結体の製造方法において、前記金型を、
予熱され、表面に温間金型潤滑用潤滑剤を帯電付着させ
た金型とし、前記鉄基粉末混合物を、鉄基粉末と、鉄基
粉末混合物全量に対し、0.45質量％超1.0 質量％以下の
黒鉛粉と、0.05〜0.40質量％の粉末成形用潤滑剤とを含
む鉄基粉末混合物とし、前記焼結処理後に、さらにガス
浸炭焼入れ処理を行い、ついで焼戻し処理を行うことを
特徴とする鉄基焼結体の製造方法。