JP2002275572A - 金属粉成形素材とその再圧縮成形体及び圧縮成形体から得られる焼結体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結金属による機械的強度の高い機械部品を
得るために好適な、優れた変形能を有する金属粉成形素
材、その金属粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮
成形体から得られる焼結体並びにそれらの製造方法を提
供する。 【解決手段】 予備成形工程１で、鉄を主成分とする金
属粉７ａに０．１％以上、０．３％未満の黒鉛７ｂを混
合してなる金属粉７を圧粉成形して、密度が７．３ｇ／
ｃｍ³以上の予備成形体８を形成する。仮焼結工程２
で、予備成形体８を所定温度で仮焼結して、金属粉の粒
界に黒鉛が残留している状態の組織を有する金属粉成形
素材９を形成する。再圧縮工程３で、金属粉成形素材８
を再圧縮成形して再圧縮成形体１０を得る。再焼結工程
４で再圧縮成形体１０を再焼結して、焼結体１１を得
る。熱処理工程５で、焼結体１１に熱処理を施し、熱処
理した焼結体１１を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属よりも高
強度で、かつより複雑な形状の機械部品を冷間鍛造で一
体成形することが可能な金属粉成形素材、その金属粉成
形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られ
る焼結体並びにそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結金属を得る工程の基本は、原料粉末
の混合−圧粉成形−焼結−後処理（熱処理等）である。
前記工程のみで製品が得られる場合もあるが、多くの場
合、各工程の間または後に、目的に応じて追加加工や各
種処理が施されている。

【０００３】また焼結金属は、加工性や生産性がよいこ
とから、種々の機械部品、特に自動車部品などに多く使
用されているが、機械的強度が溶製材より劣るため、用
途の拡大を図るためには、さらに機械的強度を向上させ
る必要がある。

【０００４】かかる問題を解決するため、例えば特開平
１−１２３００５号公報には、焼結金属により機械的強
度の高い機械部品を得るために、混合した粉末を圧粉成
形して予備成形体を形成し、この予備成形体を仮焼結し
て成形素材を形成した後、この成形素材を再圧縮成形
（冷間鍛造）し、焼結（本焼結）する製造方法が開示さ
れている。

【０００５】また特開平１１−１１７００２号公報に
は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛
を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度
が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を所定温度で仮焼
結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の
組織を有することを特徴とする金属粉成形素材が開示さ
れている。

【０００６】前者公報の製造方法は、成形素材の再圧縮
成形（冷間鍛造）工程を仮圧縮成形工程と本圧縮成形工
程とから構成してなり、成形素材の表面には液状潤滑剤
を塗布して仮圧縮成形した後、成形素材に負圧を作用さ
せて潤滑剤を吸引除去し、その後成形素材を本圧縮成形
するようにしたものである。

【０００７】これによって、前記予備成形体の内部に残
留する潤滑剤が、予備成形体内部の微小空隙の圧潰消滅
を妨げてポーラス状となることを防止するため、製品の
密度を７．４〜７．５ｇ／ｃｍ³に高めることができ、
従来に比較して機械的強度の高い製品が得られようにな
った。

【０００８】また後者公報の金属粉成形素材は、金属粉
に添加する黒鉛の量を０．３％以上とすることにより、
成形素材を圧縮成形、再焼結して得られる機械部品の機
械的強度を鋳鍛造素材と同程度にまで高めることができ
るなどの効果を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者公報の製造
方法では、比較的複雑な形状の高強度機械部品を冷間鍛
造により成形することが可能になったが、さらに複雑な
形状の機械部品を一体成形する要求に対しては、対応に
限界があった。

【００１０】また後者公報の金属粉成形素材では、成形
素材を圧縮成形、再焼結して得られる機械部品の機械的
強度を鋳鍛造素材と同程度にまで高めることができる半
面、成形素材の伸びが小さいため、薄肉な機械部品や、
複雑な形状の機械部品を冷間鍛造成形するには不向きで
あった。

【００１１】本発明は前記従来の実情に鑑みなされたも
ので、従来の焼結金属よりも高強度で、かつより複雑な
形状の機械部品を冷間鍛造で一体成形することが可能な
金属粉成形素材、その金属粉成形素材の再圧縮成形体及
びその再圧縮成形体から得られる焼結体並びにそれらの
製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．
１％以上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を
圧粉成形して得られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の
予備成形体を所定温度で仮焼結してなり、金属粉の粒界
に黒鉛が残留している状態の組織を有する金属粉成形素
材を提供するものである。（なお本明細書において％は
質量百分率を示す。）

【００１３】前記目的を達成するため請求項２記載の発
明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．３
％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して、密
度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得る予備成形
工程と、この成形工程で得られた予備成形体を所定温度
で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態
の組織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程とから
金属粉成形素材を製造するようにしたものである。

【００１４】前記目的を達成するため請求項３記載の発
明は、請求項２記載の製造方法において、前記予備成形
工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属粉を上
パンチ及び下パンチで加圧してなり、前記成形ダイスの
成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチ
が挿入される小径部と、これら大径部と小径部とを繋ぐ
テーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方ま
たは両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端
部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを形成したも
のである。

【００１５】前記目的を達成するため請求項４記載の発
明は、請求項２または４記載の製造方法において、前記
焼結工程の仮焼結温度を、８００〜１０００℃としたも
のである。

【００１６】前記目的を達成するため請求項５記載の発
明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．３
％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して得ら
れた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を所定
温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している
状態の組織を有する金属粉成形素材を形成し、前記金属
粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体としたもので
ある。

【００１７】前記目的を達成するため請求項６記載の発
明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．３
％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して、密
度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得る予備成形
工程と、この予備成形工程で得られた予備成形体を所定
温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している
状態の組織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程
と、この仮焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮
成形する再圧縮工程とから再圧縮成形体を製造したもの
である。

【００１８】前記目的を達成するため請求項７記載の発
明は、前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に
充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成
されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが
挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、
これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前
記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイ
スの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積
を増大させる切欠きを形成したものである。

【００１９】前記目的を達成するため請求項８記載の発
明は、請求項６または７記載の製造方法において、前記
仮焼結工程の仮焼結温度を、８００〜１０００℃にした
ものである。

【００２０】前記目的を達成するため請求項９記載の発
明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．３
％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して、得
られた密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を所定
温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している
状態の組織を有する金属粉成形素材を形成し、前記金属
粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を形成し、更
に、前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結してなり、金
属粉及びその粒界に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留し
ている状態の組織を有する焼結体としたものである。

【００２１】前記目的を達成するため請求項１０記載の
発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．
３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して、
密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得る予備成
形工程と、この予備成形工程で得られた予備成形体を所
定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留してい
る状態の組織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程
と、この仮焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮
成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮
工程で得られた再圧縮成形体を再焼結する再焼結工程と
から焼結体を得るようにしたものである。

【００２２】前記目的を達成するため請求項１１記載の
発明は、請求項１０記載の製造方法において、前記予備
成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属粉
を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前
記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径
部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と
小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び
下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に
臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切
欠きを形成したものである。

【００２３】前記目的を達成するため請求項１２記載の
発明は、請求項１０または１１記載の製造方法におい
て、前記仮焼結工程の仮焼結温度を、８００〜１０００
℃としたものである。

【００２４】前記目的を達成するため請求項１３記載の
発明は、請求項１０〜１２のいずれかに記載の製造方法
において、前記再焼結工程の再焼結温度を、７００〜１
３００℃としたものである。

【００２５】前記目的を達成するため請求項１４記載の
発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．
３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して得
られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を所
定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留してい
る状態の組織を有する金属粉成形素材を形成し、前記金
属粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を形成し、
更に、前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結して、金属
粉及びその粒界に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留して
いる状態の組織を有する焼結体を形成し、前記焼結体に
熱処理が施されてなる焼結体を得るようにしたものであ
る。

【００２６】前記目的を達成するため請求項１５記載の
発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．
３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成形して、
密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得る予備成
形工程と、この予備成形工程で得られた予備成形体を所
定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留してい
る状態の組織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程
と、この仮焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮
成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮
工程で得られた再圧縮成形体を再焼結して、焼結体を得
る再焼結工程と、この再焼結工程で得られた焼結体を熱
処理する熱処理工程と、から焼結体を製造するようにし
たものである。

【００２７】前記目的を達成するため請求項１６記載の
発明は、請求項１５記載の製造方法において、前記予備
成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属粉
を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前
記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径
部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と
小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び
下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に
臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切
欠きを形成したものである。

【００２８】前記目的を達成するため請求項１７記載の
発明は、請求項１５または１６記載の製造方法におい
て、前記仮焼結工程の仮焼結温度を、８００〜１０００
℃としたものである。

【００２９】前記目的を達成するため請求項１８記載の
発明は、請求項１５〜１７のいずれかに記載の製造方法
において、前記再焼結工程の再焼結温度を、７００〜１
３００℃としたものである。

【００３０】前記請求項１に記載の発明によれば、金属
粉成形素材（以下単に成形素材という）は、金属粉を圧
粉成形して得られる予備成形体を、さらに所定温度で仮
焼結することにより得ることができる。

【００３１】また前記金属粉は、鉄を主成分とする金属
粉に０．１％以上、０．３％未満の黒鉛を混合して形成
される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３％未満
とすることによって成形素材の伸びが増すため、成形素
材を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造する際、割れや表
面の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなると共に、得られた
冷間成形品は内部応力が小さいため、冷間成形後のスプ
リングバック量が小さくなる上、その後の再焼結工程や
熱処理工程においても冷間成形品の寸法変化量が少なく
なり、これによって薄肉の機械部品や、複雑な形状の機
械部品の冷間鍛造成形に最適な成形素材となる。

【００３２】さらに前記予備成形体の密度を７．３ｇ／
ｃｍ³以上とし、前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃ
ｍ³以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結
して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低く
することができる。

【００３３】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の
粒界に黒鉛が残留している組織となり、これは前記金属
粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも
結晶粒界に黒鉛が析出していない状態を呈している。具
体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か
或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈して
いるため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低
い性質を及び優れた変形能を有するようになる。

【００３４】加えて、鉄を主成分とする密度が７．３ｇ
／ｃｍ³以上の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙
が連続せずに孤立した状態となっており、これによって
仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られるようにな
る。

【００３５】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時の炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入して浸炭が促進されることになるが、
本発明の予備成形体では空隙が孤立しているから、これ
が有利に防止されることによって、大きな伸びが得られ
ることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、予
備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることによ
り、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生
じないことから、黒鉛の量の影響を殆ど受けることがな
いと共に、炭素の拡散が殆ど生じないことから、仮焼結
して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることにな
る。

【００３６】また、前記仮焼結によって金属粉の粒子同
士の接触面における表面拡散または溶融による焼結が広
範囲に亘って生じることにより、大きな伸びが得られる
と共に、焼結金属による機械的強度の高く、かつ複雑な
形状の機械部品を得るのに好適な所定量の黒鉛が含ま
れ、かつ伸びが大きく、硬さも低い優れた性質及び変形
能を有する成形素材が得られるようになる。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、予備成形体
は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備成形工
程で得られた予備成形体を焼結工程で仮焼結することに
より得られ、前記予備成形工程で圧粉成形する金属粉
は、鉄を主成分とする金属粉体に０．１％以上、０．３
％未満の黒鉛を混合して形成されている。また前記金属
粉に添加する黒鉛の量を０．１％以上、０．３％未満と
することによって成形素材の伸びが増すため、成形素材
を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造する際、割れや表面
の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなると共に、得られた冷
間成形品は内部応力が小さいため、冷間成形後のスプリ
ングバック量が小さくなる上、その後の再焼結工程や熱
処理工程においても冷間成形品の寸法変化量が少なくな
り、これによって薄肉の機械部品や、複雑な形状の機械
部品の冷間鍛造成形に最適な成形素材が得られる。

【００３８】前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³
以上とすることによって、この予備成形体を焼結工程で
仮焼結して得られる成形素材の伸びが大きく、かつ硬さ
が低くなる。

【００３９】密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体
を焼結工程で仮焼結することによって、金属粉の粒界に
黒鉛が残留している組織をもった成形素材が得られると
共に、該成形素材は、金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡
散しておらず、少なくとも結晶粒界に黒鉛が析出してい
ない状態となる。具体的には、前記金属粉の組織は全体
がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析
出した組織を呈して、前記焼結工程で仮焼結された成形
素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い優れた性質及び変
形能を有ている。

【００４０】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっているため、該予備成形体を仮焼結
することにより仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得ら
れるようになる。

【００４１】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時の炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入して浸炭が促進されることになるが、
本発明の予備成形体では空隙が孤立しているから、これ
が有利に防止されることによって、大きな伸びが得られ
ることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、予
備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることによ
り、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生
じないため、黒鉛の量の影響を殆ど受けず、また炭素の
拡散が殆ど生じないことから、仮焼結して得られる成形
素材の硬さも低く抑えられることができると共に、前記
焼結工程の仮焼結によって金属粉の粒子同士の接触面に
おける表面拡散または溶融による焼結が広範囲に亘って
生じることにより、大きな伸びが得られるようになる。

【００４２】前記予備成形体の予備成形工程は、請求項
３記載の発明にあっては、成形ダイスの成形空間内に充
填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧して行う
が、この場合前記予備成形体は全体として７．３ｇ／ｃ
ｍ³以上の高密度となり、予備成形体と成形ダイスとの
摩擦が大きくなるけれども、上パンチ及び下パンチの一
方または両方に設けた切欠き部分で、予備成形体の密度
が局部的に低密度となって摩擦が低下することになり、
これによって前記予備成形体は成形ダイスの成形空間に
形成されたテーパー部の作用と相俟って、成形ダイスか
ら容易に離型され、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備
成形体が容易に得られるようになる。

【００４３】前記仮焼結工程の仮焼結温度を、請求項４
記載の発明にあっては、８００〜１０００℃の範囲とし
ており、これによって前記金属粉の粒界に黒鉛が残留し
ている状態の組織となるため、伸びが１０％以上で、硬
さがＨＲＢ６０以下の優れた変形能を有する成形素材が
得られるようになる。

【００４４】従って請求項２記載の発明によれば、焼結
金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適
な、所定量の黒鉛が含まれ、伸びが大きく、かつ硬さが
低い性質を有し、優れた変形能を有する成形素材の製造
方法が提供できる。

【００４５】また請求項３記載の発明によれば、密度が
７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体が容易に得られるよ
うになる。

【００４６】請求項４記載の発明によれば、前記金属粉
の粒界に黒鉛が残留している状態の組織を有すると共
に、伸びが１０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下となる
ため、従来に比較して優れた変形能を有する成形素材が
得られるようになる。

【００４７】請求項５記載の発明は、金属粉を圧粉成形
して得られる予備成形体を、所定温度で仮焼結すると共
に、得られた金属粉成形素材（成形素材）を再圧縮成形
するようにしたもので、前記金属粉に添加する黒鉛の量
を０．１％以上、０．３％未満とすることによって成形
素材の伸びが増すため、成形素材を再圧縮成形する際、
特に冷間鍛造する際、割れや表面の肌荒れ等の欠陥が生
じにくくなる。また得られた冷間成形品は内部応力が小
さいため、冷間成形後のスプリングバック量が小さくな
る上、その後の再焼結工程や熱処理工程においても冷間
成形品の寸法変化量が少なくなり、これによって薄肉の
機械部品や、複雑な形状の機械部品の冷間鍛造成形に最
適な成形素材が得られる。

【００４８】前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ³
以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ
³以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結し
て得られる成形素材の伸びが大きく、かつ硬さが低くな
る。

【００４９】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の
粒界に黒鉛が残留している組織となり、これは前記金属
粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも
黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物
を形成しない状態を呈している。

【００５０】具体的には、前記金属粉の組織は全体がフ
ェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出し
た組織を呈しており、このため前記成形素材は伸びが大
きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有す
る再圧縮成形体が得られるようになる。

【００５１】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せずに
孤立した状態となっており、これによって仮焼結後の伸
びが大きい成形素材が得られる。

【００５２】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることにな
るが、本発明の予備成形体では空隙が孤立しているか
ら、これが有利に防止されることによって、大きな伸び
が得られることになる。このことは、前記成形素材の伸
びは、予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とする
ことにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散
が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど
受けないと共に、炭素の拡散が殆ど生じないから、仮焼
結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることに
なる。

【００５３】また、前記仮焼結によって、金属粉の粒子
同士の接触面における表面拡散または溶融による焼結が
広範囲に亘って生じることにより、大きな伸びが得られ
ると共に、前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素
材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われ
るが、前記成形素材は優れた変形能を有するため、容易
に再圧縮成形が可能になる上、前記再圧縮成形の成形荷
重が小さくでき、しかも寸法精度が高い再圧縮成形体が
得られるようになる。

【００５４】また前記再圧縮成形体は、再圧縮成形によ
って成形素材の金属粒子が大きく変形して扁平化した形
状の組織になるが、この成形素材の組織は金属粉の粒界
に黒鉛が残留した状態であるから、被切削性や潤滑性に
優れたものとなる。

【００５５】従って請求項５記載の発明によれば、焼結
金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適
で、かつ優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮
成形体が得られるようになる。

【００５６】請求項６記載の発明において、前記予備成
形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備成
形体を仮焼結工程で仮焼結して得られ、再圧縮成形体は
成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得られる。

【００５７】即ち、前記予備成形工程で圧粉成形する金
属粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．
３％未満の黒鉛を混合して形成されているが、前記金属
粉に添加する黒鉛の量を０．１％以上、０．３％未満と
することによって成形素材の伸びが増すため、成形素材
を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造する際、割れや表面
の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなると共に、得られた冷
間成形品は内部応力が小さいため、冷間成形後のスプリ
ングバック量が小さくなる上、その後の再焼結工程や熱
処理工程においても冷間成形品の寸法変化量が少なくな
り、これによって薄肉の機械部品や、複雑な形状の機械
部品の冷間鍛造成形に最適な成形素材が得られる。

【００５８】また前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃ
ｍ³以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結
工程で仮焼結して得られる成形素材の伸びが大きく、か
つ硬さが低くなる。

【００５９】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織
は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織となり、こ
れは前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておら
ず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶さ
れたり、炭化物を形成しない状態を呈している。具体的
には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或い
は黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈している
ため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性
質を有し、優れた変形能を有するようになる。

【００６０】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっており、これによって、仮焼結工程
での仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られるように
なる。

【００６１】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることにな
るが、本発明の予備成形体では空隙が孤立していること
から、これが有利に防止されることによって、大きな伸
びが得られることになる。このことは、前記成形素材の
伸びは、予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とす
ることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡
散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆
ど受けることがないと共に、炭素の拡散が殆ど生じない
ことから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑
えられることになる。

【００６２】また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、
金属粉の粒子同士の接触面における表面拡散または溶融
による焼結が広範囲に亘って生じることにより、大きな
伸びが得られるようになる。

【００６３】請求項７記載の発明にあっては、前記予備
成形体の予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充
填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧して行う
が、この際前記予備成形体は全体として７．３ｇ／ｃｍ
³以上の高密度となり、予備成形体と成形ダイスとの摩
擦が大きくなるが、上パンチ及び下パンチの一方または
両方に設けた切欠き部分で、予備成形体の密度が局部的
に低密度となって摩擦が低下することになり、これによ
って前記予備成形体は成形ダイスの成形空間に形成され
たテーパー部の作用と相俟って、成形ダイスから容易に
離型され、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体が
得られるようになる。

【００６４】請求項８記載の発明にあっては、前記仮焼
結工程の仮焼結温度は、８００〜１０００℃の範囲とし
ており、これによって前記金属粉の粒界に黒鉛が残留し
ている状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さが
ＨＲＢ６０以下の優れた変形能を有する成形素材が得ら
れるようになる。

【００６５】前記再圧縮工程は、好ましくは常温状態に
おいて行われるが、前記成形素材は優れた変形能を有す
るため、容易に再圧縮成形が可能な上、前記再圧縮成形
の成形荷重が小さくでき、しかも寸法精度が高い再圧縮
成形体が得られると共に、前記再圧縮成形体は、再圧縮
成形によって成形素材の金属粒子が大きく変形して扁平
化した形状の組織になるが、この成形素材の組織は金属
粉の粒界に黒鉛が残留した状態であるから、被切削性や
潤滑性に優れたものとなる。

【００６６】従って請求項６記載の発明によれば、焼結
金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適
な、優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮成形
体の製造方法が得られるようになる。

【００６７】また、請求項７記載の発明によれば、密度
が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体が容易に得られる
と共に、請求項８記載の発明によれば、前記金属粉の粒
界に黒鉛が残留している状態の組織を有し、伸びが１０
％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下となり、より優れた変
形能を有する成形素材が得られるようになる。

【００６８】請求項９記載の発明における焼結体は、再
圧縮成形体を所定温度で再焼結し、得られた前記再圧縮
成形体は金属粉成形素材を再圧縮成形して得られ、金属
粉成形素材は、金属粉を圧粉成形して得られる予備成形
体を、所定温度で仮焼結することにより得られる。

【００６９】前記金属粉は、鉄を主成分とする金属粉に
０．１％以上、０．３％未満の黒鉛を混合して形成され
ているが、前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．１％以
上、０．３％未満とすることによって成形素材の伸びが
増すため、成形素材を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造
する際、割れや表面の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなる
と共に、得られた冷間成形品は内部応力が小さいため、
冷間成形後のスプリングバック量が小さくなる上、その
後の再焼結工程や熱処理工程においても冷間成形品の寸
法変化量が少なくなり、これによって薄肉の機械部品
や、複雑な形状の機械部品の冷間鍛造成形に最適な成形
素材が得られる。

【００７０】また前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃ
ｍ³以上とし、前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³
以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結して
得られる成形素材の伸びが大きく、かつ硬さが低くな
る。

【００７１】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の
粒界に黒鉛が残留している状態の組織となり、これは前
記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少な
くとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、
炭化物を形成しない状態を呈している。具体的には、前
記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛の
近傍にパーライトが析出した組織を呈しているため、前
記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有
し、優れた変形能を有するようになる。

【００７２】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっており、これによって仮焼結後の伸
びが大きい成形素材が得られる。

【００７３】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることにな
るが、本発明の予備成形体では空隙が孤立しているか
ら、これが有利に防止されることによって、大きな伸び
が得られることになる。このことは、前記成形素材の伸
びは、予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とする
ことにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散
が殆ど生じないことから、黒鉛の量の影響を殆ど受ける
ことがないと共に、炭素の拡散が殆ど生じないことか
ら、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられ
ることになる。

【００７４】また、前記仮焼結によって、金属粉の粒子
同士の接触面における表面拡散または溶融による焼結が
広範囲に亘って生じることにより、大きな伸びが得られ
ると共に、前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素
材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われ
るが、この場合前記成形素材は優れた変形能を有するた
め、容易に再圧縮成形が可能になる上、再圧縮成形の成
形荷重が小さくでき、しかも寸法精度が高い再圧縮成形
体が得られるようになる。

【００７５】前記再圧縮成形体を再焼結することによっ
て得られた焼結体は、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフ
ェライト地に拡散（固溶または炭化物を成形）した状態
の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に
所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している状態の組織と
なる。この場合の所定の割合とは、黒鉛の残留量が零の
場合も含まれるものであると共に、前記黒鉛の残留率は
再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛
の残留率が少なくなり、これによって前記焼結体は所定
の強度等の機械的性質が得られるようになる。

【００７６】従って請求項９記載の発明によれば、焼結
金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適
な、優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮成形
体を再焼結した焼結体が得られるようになる。

【００７７】請求項１０記載の発明において、前記予備
成形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備
成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られ、再圧縮成形体
は成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得られ、焼結
体は再圧縮成形体を再焼結して得られる。

【００７８】前記予備成形工程で圧粉成形する金属粉
は、鉄を主成分とする金属粉に０．１％以上、０．３％
未満の黒鉛を混合して形成されているが、前記金属粉に
添加する黒鉛の量を０．１％以上、０．３％未満とする
ことによって成形素材の伸びが増すため、成形素材を再
圧縮成形する際、特に冷間鍛造する際、割れや表面の肌
荒れ等の欠陥が生じにくくなると共に、得られた冷間成
形品は内部応力が小さいため、冷間成形後のスプリング
バック量が小さくなる上、その後の再焼結工程や熱処理
工程においても冷間成形品の寸法変化量が少なくなり、
これによって薄肉の機械部品や、複雑な形状の機械部品
の冷間鍛造成形に最適な成形素材が得られる。

【００７９】また前記予備成形工程で形成される予備成
形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ³以上とし、前記予備成形
体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることによって、
この予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形
素材の伸びが大きく、かつ硬さが低くなる。

【００８０】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織
は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織となり、こ
れは前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておら
ず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶さ
れたり、炭化物を形成しない状態を呈している。具体的
には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或い
は黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈している
ため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性
質を有し、優れた変形能を有するようになる。

【００８１】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっており、これによって仮焼結工程で
の仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。

【００８２】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることにな
るが、本発明の予備成形体では空隙が孤立しているか
ら、これが有利に防止されることによって、大きな伸び
が得られることになる。このことは、前記成形素材の伸
びは、予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とする
ことにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散
が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど
受けることがないと共に、炭素の拡散が殆ど生じないこ
とから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑え
られることになる。

【００８３】また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、
金属粉の粒子同士の接触面における表面拡散または溶融
による焼結が広範囲に亘って生じることにより、大きな
伸びが得られると共に、前記予備成形体の予備成形工程
は、請求項１１記載の発明にあっては、成形ダイスの成
形空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加
圧して行うが、この際前記予備成形体は全体として７．
３ｇ／ｃｍ³以上の高密度となり、予備成形体と成形ダ
イスとの摩擦が大きくなるが、上パンチ及び下パンチの
一方または両方に設けた切欠き部分で、予備成形体の密
度が局部的に低密度となって摩擦が低下することにな
り、これによって前記予備成形体は成形ダイスの成形空
間に形成されたテーパー部の作用と相俟って、成形ダイ
スから容易に離型され、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の
予備成形体が得られるようになる。

【００８４】請求項１２記載の発明にあっては、前記仮
焼結工程の仮焼結温度は、８００〜１０００℃の範囲と
しており、これによって前記金属粉の粒界に黒鉛が残留
している状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さ
がＨＲＢ６０以下の、優れた変形能を有する成形素材が
得られるようになる。

【００８５】前記再圧縮工程は、好ましくは常温状態に
おいて行われるが、前記成形素材は優れた変形能を有す
るため、容易に再圧縮成形が可能な上、前記再圧縮成形
の成形荷重が小さくでき、しかも寸法精度が高い再圧縮
成形体が得られると共に、前記再焼結工程で再圧縮成形
体を再焼結することによって得られた焼結体は、金属粉
の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散（固溶また
は炭化物を成形）した状態の組織と、金属粉のフェライ
トまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び
残留している状態の組織となっている。この場合の所定
の割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれると共
に、前記焼結体における黒鉛の残留率は再焼結温度によ
って変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少な
くなり、これによって前記焼結体は所定の強度等の機械
的性質が得られるようになる。

【００８６】請求項１３記載の発明によれば、前記再焼
結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃としてお
り、これによって前記再焼結温度の低温域では黒鉛の拡
散が少なく黒鉛の残存率が多い状態の焼結体が得られ、
再焼結温度の高温域では多くの黒鉛が拡散して残存率が
少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状
態の焼結体が得られるようになる。

【００８７】従って請求項１０記載の発明によれば、焼
結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好
適な、優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮成
形体を再焼結してなる焼結体の製造方法が得られるよう
になると共に、請求項１１記載の発明によれば、密度が
７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体が容易に得られ、ま
た請求項１２記載の発明によれば、前記金属粉の粒界に
黒鉛が残留している状態の組織を有し、伸びが１０％以
上で、硬さがＨＲＢ６０以下となり、より優れた変形能
を有する成形素材が得られるようになる。

【００８８】さらに請求項１３記載の発明によれば、前
記再焼結温度に応じて、黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存
率が多い状態の焼結体及び、多くの黒鉛が拡散して残存
率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大き
い状態の焼結体が得られる。請求項１４記載の発明にお
いて、本発明の焼結体は、再圧縮成形体を所定温度で再
焼結してなる焼結体に熱処理を施して得られ、前記再圧
縮成形体は金属粉成形素材を再圧縮成形して得られ、金
属粉成形素材は、金属粉を圧粉成形して得られる予備成
形体を、所定温度で仮焼結して得られる。

【００８９】前記金属粉は、鉄を主成分とする金属粉に
０．１％以上、０．３％未満の黒鉛を混合して形成され
ており、前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．１％以
上、０．３％未満とすることによって成形素材の伸びが
増すため、成形素材を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造
する際、割れや表面の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなる
と共に、得られた冷間成形品は内部応力が小さいため、
冷間成形後のスプリングバック量が小さくなる上、その
後の再焼結工程や熱処理工程においても冷間成形品の寸
法変化量が少なくなり、これによって薄肉の機械部品
や、複雑な形状の機械部品の冷間鍛造成形に最適な成形
素材が得られる。

【００９０】また前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃ
ｍ³以上とし、前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³
以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結して
得られる成形素材の伸びが大きく、かつ硬さが低くな
る。

【００９１】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の
粒界に黒鉛が残留している状態の組織となり、これは前
記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少な
くとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、
炭化物を形成しない状態となる。具体的には、前記金属
粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛に近傍に
パーライトが析出した組織を呈しており、このため前記
成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、
優れた変形能を有するようになる。

【００９２】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっており、これによって、仮焼結後の
伸びが大きい成形素材が得られる。

【００９３】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されるが、本発
明の予備成形体では空隙が孤立していることにより、こ
れが有利に防止されることによって、大きな伸びが得ら
れることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、
予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることに
より、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど
生じないことから、黒鉛の量の影響を殆ど受けることが
ないと共に、炭素の拡散が殆ど生じないことから、仮焼
結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることに
なる。

【００９４】また、前記仮焼結によって、金属粉の粒子
同士の接触面における表面拡散または溶融による焼結が
広範囲に亘って生じることにより、大きな伸びが得られ
ると共に、前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素
材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われ
るが、この場合前記成形素材は優れた変形能を有するか
ら、容易に再圧縮成形が可能になる。

【００９５】前記再圧縮成形体を再焼結することによっ
て焼結体が得られ、この焼結体は、金属粉の粒界に存在
した黒鉛がフェライト地に拡散（固溶または炭化物を成
形）した状態の組織と、金属粉はフェライトまたはパー
ライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している
状態の組織となる。この場合に所定の割合とは、黒鉛の
残留量が零の場合も含まれると共に、前記焼結体におけ
る黒鉛の残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温
度が高いほど黒鉛の残留率が少なくなり、これによって
前記焼結体は所定の強度等の機械的性質が得られるよう
になる。

【００９６】前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結して
なる焼結体に熱処理が施されるが、前記熱処理は、高周
波焼き入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそれ
らを組合せて実施されるもので、前記再圧縮成形体を所
定温度で再焼結してなる焼結体は、再圧縮成形によって
空隙が無く高密度となっていることから、熱処理による
炭素の拡散は表面から内部に行くにしたがって少なくな
る。このため、前記熱処理を施した焼結体は、表面近傍
では硬さが増し、内部は靭性を有することになり、全体
として優れた機械的性質を有するものになる。

【００９７】従って請求項１４記載の発明によれば、焼
結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好
適な、優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮成
形体を再焼結してなる焼結体に、熱処理を施した焼結体
が得られるようになる。

【００９８】請求項１５記載の発明によれば、前記予備
成形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備
成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる。また再圧縮
成形体は成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得ら
れ、焼結体は再圧縮成形体を再焼結して得られる。そし
てこの焼結体は熱処理が施されていると共に、前記予備
成形工程で圧粉成形する金属粉は、鉄を主成分とする金
属粉に０．１％以上、０．３％未満の黒鉛を混合して形
成されており、前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．１
％以上、０．３％未満とすることによって成形素材の伸
びが増すため、成形素材を再圧縮成形する際、特に冷間
鍛造する際、割れや表面の肌荒れ等の欠陥が生じにくく
なると共に、得られた冷間成形品は内部応力が小さいた
め、冷間成形後のスプリングバック量が小さくなる上、
その後の再焼結工程や熱処理工程においても冷間成形品
の寸法変化量が少なくなり、これによって薄肉の機械部
品や、複雑な形状の機械部品の冷間鍛造成形に最適な成
形素材が得られる。

【００９９】また前記成形工程で形成される予備成形体
の密度は７．３ｇ／ｃｍ³以上とし、前記予備成形体の
密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることによって、この
予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材
の伸びが大きく、かつ硬さが低くなる。

【０１００】前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織
は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織となってお
り、これは前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散して
おらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固
溶されたり、炭化物を形成しない状態になる。具体的に
は、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは
黒鉛に近傍にパーライトが析出した組織を呈しており、
このため前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い
性質を有し、優れた変形能を有するようになる。

【０１０１】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体では、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、
孤立した状態となっており、これによって仮焼結工程で
の仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。

【０１０２】即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続し
ている場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成
形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発
生するガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることにな
るが、本発明の予備成形体では空隙が孤立しているか
ら、これが有利に防止されることによって、大きな伸び
が得られることになる。このことは、前記成形素材の伸
びは、予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とする
ことにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散
が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど
受けることがないと共に、炭素の拡散が殆ど生じないこ
とから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑え
られることになる。

【０１０３】また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、
金属粉の粒子同士の接触面における表面拡散または溶融
による焼結が広範囲に亘って生じることにより、大きな
伸びが得られると共に、前記予備成形体の予備成形工程
は、請求項１６記載の発明にあっては、成形ダイスの成
形空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加
圧して行うが、この際前記予備成形体は全体として７．
３ｇ／ｃｍ³以上の高密度となり、予備成形体と成形ダ
イスとの摩擦が大きくなるが、上パンチ及び下パンチの
一方または両方に設けた切欠き部分で、予備成形体の密
度が局部的に低密度となって摩擦が低下することにな
り、これによって前記予備成形体は成形ダイスの成形空
間に形成されたテーパー部の作用と相俟って、成形ダイ
スから容易に離型され、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の
予備成形体が得られるようになる。

【０１０４】請求項１７記載の発明にあっては、前記仮
焼結工程の仮焼結温度は、８００〜１０００℃の範囲と
しており、これによって前記金属粉の粒界に黒鉛が残留
している状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さ
がＨＲＢ６０以下の優れた変形能を有する成形素材が得
られるようになる。

【０１０５】前記再圧縮工程は、好ましくは常温状態に
おいて行われるが、前記成形素材は優れた変形能を有す
るため、容易に再圧縮成形が可能な上、前記再圧縮成形
の成形荷重が小さくでき、しかも寸法精度が高い再圧縮
成形体が得られるようになり、前記再焼結工程で再圧縮
成形体を再焼結することによって焼結体が得られる。こ
の焼結体は、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト
地に拡散（固溶または炭化物を成形）し、金属粉はフェ
ライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散
及び残留している状態の組織となる。この場合に所定の
割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれると共に、
前記焼結体における黒鉛の残留率は再焼結温度によって
変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少なくな
り、これによって、前記焼結体は所定の強度等の機械的
性質が得られるようになる。

【０１０６】請求項１８記載の発明によれば、前記再焼
結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃の範囲とし
ており、これによって前記再焼結温度の低温域では黒鉛
の拡散が少なく黒鉛の残存率多い状態の焼結体が得ら
れ、再焼結温度の高温域では多くの黒鉛が拡散して残存
率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく、最も強度の大
きな状態の焼結体が得られるようになる。

【０１０７】前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結して
なる焼結体に熱処理が施される。前記熱処理は、高周波
焼き入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそれら
を組合せて実施しており、前記再圧縮成形体を所定温度
で再焼結してなる焼結体は、再圧縮成形によって空隙が
無く高密度の組織となっているから、熱処理による炭素
の拡散は表面から内部に行くにしたがって少なくなる。
このため、前記熱処理を施した焼結体は、表面近傍では
硬さが増し、内部は靭性を有することになり、全体とし
て優れた機械的性質を有することになる。

【０１０８】従って請求項１５記載の発明によれば、焼
結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好
適で、優れた変形能を有する金属粉成形素材の再圧縮成
形体を再焼結してなる焼結体に、熱処理を施した焼結体
の製造方法が得られる。

【０１０９】また、請求項１６記載の発明によれば、密
度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体が容易に得られ
るようになる。

【０１１０】また、請求項１７記載の発明によれば、前
記金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織を有
し、伸びが１０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下とな
り、より優れた変形能を有する成形素材が得られると共
に、請求項１８記載の発明によれば、前記再焼結温度に
応じて、黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存率多い状態の焼
結体及び、多くの黒鉛が拡散して残存率が少なく、かつ
結晶の再成長が小さく、最も強度の大きな状態の焼結体
が得られるようになる。

【０１１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて詳述する。

【０１１２】図１は本発明の実施の形態を示す、金属粉
成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得ら
れる焼結体の製造工程説明図、図２は予備成形体の製造
工程を、成形ダイスの成形空間内に金属粉を充填した状
態（ａ）、金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧した状
態（ｂ）、加圧完了後予備成形体の取出しのために成形
ダイスを下降させ始めた状態（ｃ）、予備成形体を取り
出す状態（ｄ）で示す説明図、図３は黒鉛を０．１％、
０．２％、０．３％混合した金属粉から形成した予備成
形体を８００℃で仮焼結して得られた成形素材の密度と
伸びとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示
す図面、図４は成形素材の組織を示す図面、図５は密度
が７．３ｇ／ｃｍ³の成形素材について、黒鉛量と仮焼
結温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図６は密度が
７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材について、黒鉛量と仮焼結
温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図７は密度が
７．３ｇ／ｃｍ³の成形素材について、黒鉛量と仮焼結
温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図８は密度が
７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材について、黒鉛量と仮焼結
温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図９は粒径が２
０μｍの黒鉛を０．２％混合した金属粉から形成した、
密度が７．３ｇ／ｃｍ³及び７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材
について、仮焼結温度と降伏応力との関係を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１０は粒径が
５μｍの黒鉛を０．２％混合した金属粉から形成した、
密度が７．３ｇ／ｃｍ³及び７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材
について、再焼結温度と引張強度との関係を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１１は再圧縮
成形体の組織を、再圧縮成形が軽度の場合（ａ）、更に
再圧縮成形した場合（ｂ）で示す図面、図１２は焼結体
の組織を示す図面、図１３は再焼結温度を変化させた場
合の黒鉛残留率の変化を、データ（ａ）、及びグラフ
（ｂ）で示す図面、図１４は再焼結温度を変化させた場
合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で
示す図面、図１５は再焼結温度を変化させた場合の引張
強度の変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す
図面、図１６は再焼結温度を変化して得られた焼結体を
所定条件で熱処理した場合の再焼結温度と引張強度との
関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、
図１７は所定の条件で熱処理した熱処理体の表面からの
距離と硬さとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ
（ｂ）で示す図面である。図１８は金属粉成形素材のカ
ーボン量と成形限界の関係を示す線図、図１９は金属粉
成形素材の成形試験を説明する図であり、（ａ）は成形
前、（ｂ）は成形後の断面図を示す説明図である。

【０１１３】図において１は予備成形工程、２は仮焼結
工程、３は再圧縮工程、４は再焼結工程、５は熱処理工
程である。

【０１１４】前記予備成形工程１では金属粉７を圧粉成
形して予備成形体８が得られ、仮焼結工程２では予備成
形体８を仮焼結して成形素材９が得られ、再圧縮工程３
では成形素材９を再圧縮成形して再圧縮成形体１０が得
られる。また、前記再焼結工程４では再圧縮成形体１０
を再焼結して焼結体１１が得られ、熱処理工程５では焼
結体１１に熱処理が施される。

【０１１５】先ず、前記予備成形工程１は、金属粉７を
圧粉成形して予備成形体８を得る工程で、この実施の形
態においては、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、金属
粉７を成形ダイス１４の成形空間１５内に充填し、上パ
ンチ１６及び下パンチ１７で加圧され、これによって予
備成形体８が得られる。この場合に、前記金属粉７及び
成形ダイス１４は常温状態にある。

【０１１６】詳しくは、前記金属粉７は鉄を主成分とす
る金属粉７ａに０．１％以上０．３％未満の黒鉛７ｂを
混合して形成される。前記金属粉７ａに添加する黒鉛７
ｂの量を０．１％以上０．３％未満とすることによっ
て、成形素材９を再圧縮成形して得られる再圧縮成形体
１０や、この再圧縮成形体１０を再焼結して得られる焼
結体１１の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めるこ
とができるようになる。

【０１１７】前記金属粉７が充填される成形ダイス１４
の成形空間（キャビティ）１５は、上パンチ１６が挿入
される大径部１９と、下パンチ１７が挿入される小径部
２０と、これら大径部１９と小径部２０とを繋ぐテーパ
部２１とより形成されている。

【０１１８】前記成形ダイス１４の成形空間１５内に挿
入される上パンチ１６及び下パンチ１７の一方または両
方、この実施の形態においては上パンチ１６には、成形
ダイス１４の成形空間１５に臨む端面２２の外周端部
に、成形空間１５の容積を増大させる切欠き２３が形成
してあり、この切欠き２３は、この実施の形態において
断面が鉤形で環状に形成してある。

【０１１９】２４は前記成形ダイス１４の成形空間１５
内に挿入されるコアで、このコア２４によって、成形空
間１５内で形成される予備成形体８は略円筒状に形成さ
れることになる。

【０１２０】前記予備成形工程１は、先ず成形ダイス１
４の成形空間１５内に鉄を主成分とする金属粉７ａに
０．１％以上０．３％未満の黒鉛７ｂを混合してなる金
属粉７を充填する（図２（ａ）参照）。

【０１２１】次に、前記成形ダイス１４の成形空間１５
内に上パンチ１６及び下パンチ１７を挿入して金属粉７
を加圧する。詳しくは、前記上パンチ１６が成形空間１
５の大径部１９内に挿入され、下パンチ１７が成形空間
１５の小径部２０内に挿入されて加圧される。このと
き、前記切欠き２３が形成された上パンチ１６は大径部
１９内で停止するようになっている（図２（ｂ）参
照）。

【０１２２】前記金属粉７が加圧されて圧粉成形された
後、上パンチ１６を後退（上昇）させると共に、成形ダ
イス１４を下降させ（図２（ｃ）参照）、圧粉成形され
た予備成形体８を成形空間１５内から取出す（図２
（ｄ）参照）。

【０１２３】ところで、一般に金属粉を圧粉成形する場
合には、圧粉成形品の密度が高くなるに連れて、圧粉成
形品と成形型との間の摩擦が増大することや、圧粉成形
品のスプリングバック等によって、成形型内から圧粉成
形品を取出すことが困難であり、このため高密度の圧粉
成形品を得ることが困難とされているが、前記成形工程
１においてはこれを有利に解決してる。

【０１２４】即ち、前記成形ダイス１４の成形空間１５
はテーパ部２１を備えているから、このテーパ部２１が
所謂抜き勾配となって、圧粉成形された予備成形体８の
取出しが容易に行えると共に，前記上パンチ１６には、
成形ダイス１４の成形空間１５に望む端面２２の外周端
部に、成形空間１５の容積を拡大させる切欠き２３が形
成してあることから、この切欠き２３の部分で局部的に
予備成形体８の密度が低くなり、これによって予備成形
体８と成形ダイス１４との間の摩擦や、予備成形体８の
スプリングバック等が低く抑えられるため、予備成形体
８の取出しが容易になり、その結果前記密度が７．３ｇ
／ｃｍ³以上の予備成形体８を容易に得ることができる
ようになる。

【０１２５】前記予備成形体８の密度を７．３ｇ／ｃｍ
³以上とすることによって、この予備成形体８を仮焼結
工程２で仮焼結して得られるところの成形素材９（後に
詳述する）の伸びを大きくすることができる。即ち、図
３に示すように、前記予備成形体８の密度を７．３ｇ／
ｃｍ³以上とすることによって、成形素材９の伸びを１
０％以上とすることができるものである。

【０１２６】次に、前記成形工程１で得られた予備成形
体８を仮焼結工程２で仮焼結する。これによって、図４
に示すように、金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが残留して
いる状態の組織を持った成形素材９が得られるようにな
り、前記金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂの全部が残留して
いる場合には、金属粉７ａの組織は全体がフェライト
（Ｆ）組織であり、黒鉛７ｂの一部が残留している場合
には、金属粉７ａの組織は、フェライト地に、黒鉛７ｂ
の近傍にパーライト（Ｐ）が析出した組織を呈し、少な
くとも前記黒鉛７ｂが結晶粒内にすべて拡散して固溶さ
れたり、炭化物を形成した状態の組織とはなっていない
ため、前記成形素材９は伸びが大きく、かつ硬さが低い
性質を有し、優れた変形能を有することになる。

【０１２７】加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上
の予備成形体８では金属粉７ａの粒子間の空隙が連続せ
ず、孤立した状態となっており、これによって、仮焼結
後に伸びが大きな成形素材９が得られる。即ち、前記金
属粉７ａの粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼
結に炉内の雰囲気ガスが空隙を介して予備成形体８の内
部に深く侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生す
るガスが周囲に拡散して浸炭が促進されることになるけ
れども、本発明の予備成形体８では、空隙が孤立してい
るから、これが有利に防止されることによって大きな伸
びが得られる。

【０１２８】このことは、前記成形素材９の伸びは、予
備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ³以上とすることによ
り、黒鉛７ｂの量の影響を殆ど受けないことを示してお
り、前記予備成形体８を仮焼結するときに、炭素の拡散
が殆ど生じない上、前記予備成形体８を仮焼結するとき
に炭素の拡散が殆ど生じないことから、仮焼結して得ら
れる成形素材９の硬さも低く抑えられることになる。

【０１２９】また、前記焼結工程２によって、金属粉７
ａの粒子同士の接触面における表面拡散または溶融によ
る焼結が広範囲に亘って生じることにより、成形素材で
は、大きな伸び、好ましくは１０％以上の伸びが得られ
ることになる。

【０１３０】前記仮焼結工程２の仮焼結温度は、好まし
くは８００〜１０００℃の温度が選択される。前記仮焼
結工程２の仮焼結温度を８００〜１０００℃とすること
により、この仮焼結工程２を経て得られる成形素材９を
再圧縮成形して再圧縮成形体１０を得る場合に、この再
圧縮成形での変形抵抗を小さくして成形加工を容易にす
るために、成形素材９に優れた変形能が付与される。

【０１３１】即ち、図５及び図６に示すように、前記予
備成形体８を８００〜１０００℃の温度で仮焼結するこ
とによって、伸びが１０％以上の成形素材９が得られ
る。また、図７及び図８に示すように、８００〜１００
０℃で仮焼結することによって、硬さがＨＲＢ６０以下
の成形素材９が得られる。前記成形素材９のＨＲＢ６０
以下の硬さは、炭素量が０．２％程度の低炭素鋼を焼鈍
して得られる硬さよりも軟らかいものである。

【０１３２】また、前記成形素材９の降伏応力は、図９
及び図１０に示すように、仮焼結温度が８００〜１００
０℃の範囲において２０３〜２０９ＭＰａ（密度７．３
ｇ／ｃｍ³の場合）、２１９〜２３２ＭＰａ（密度７．
５ｇ／ｃｍ³の場合）となり、この値は、炭素量が０．
２％程度の低炭素鋼の降伏応力よりも小さな値となる。

【０１３３】次に、前記仮焼結工程２で得られた成形素
材９を再圧縮工程３で再圧縮成形して、再圧縮成形体１
０を得る。前記成形素材９の再圧縮成形は、好ましくは
常温状態において行われるが、この場合前記成形素材９
は優れた変形能を有することから、容易に再圧縮成形で
きる上、スケールの発生もなく、これによって前記再圧
縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形
体１０が得られるようになる。

【０１３４】前記再圧縮成形体１０は、金属粉７ａの粒
界に黒鉛７ｂが残留している組織を持っており、図１１
に示すように再圧縮成形の程度に応じて、金属粉７ａの
粒子が扁平化した形状になっている。即ち、軽度の再圧
縮成形では金属粉７ａの粒子がやや扁平化して粒子間の
空隙の多くが無くなった組織となっており（図１１
（ａ）参照）、更に再圧縮成形されることによって、金
属粉７ａの粒子は大きく扁平化し、粒子間の空隙が略無
くなった組織となっている（図１１（ｂ）参照）。

【０１３５】前記再圧縮成形体１０は、成形素材９の金
属粉７ａの粒子が大きく変形して扁平化した形状の組織
になっているが、この成形素材９の組織は金属粉７ａの
粒界に黒鉛７ｂが残留した状態であるから、被切削性や
潤滑性に優れたものとなる。

【０１３６】したがって本発明では、焼結金属による機
械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変
形能を有する成形素材（金属粉成形素材）９及びこの成
形素材９の再圧縮成形体１０並びにそれらの製造方法が
得られる。

【０１３７】また、前記予備成形工程１の成形ダイス１
４にテーパ部２１を形成すると共に、上パンチ１６に切
欠き２３を形成したことにより、密度が７．３ｇ／ｃｍ
³以上の予備成形体８を容易に成形することができると
共に、前記仮焼結工程２の仮焼結温度を８００〜１００
０℃とすることにより、金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが
残留している状態の組織となり、これによって伸びが１
０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下となるため、より優
れた変形能を有する成形素材９が得られるようになる。

【０１３８】次に、前記再圧縮工程３で得られた再圧縮
成形体１０を、再焼結工程４で再焼結することにより得
られた焼結体１１は、図１２に示すように金属粉７ａの
粒界に存在した黒鉛７ｂがフェライト地に拡散（固溶ま
たは炭化物を形成）した状態の組織と、金属粉７ａのフ
ェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛７ｂ
が拡散及び残留している状態の組織となる。なおこの場
合、前記黒鉛７ｂの残留量が零の場合もあり得る。

【０１３９】前記焼結体１１における黒鉛７ｂの残留率
は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒
鉛７ｂの残留率が少なくなり（図１３参照）、これによ
って前記焼結体１１は所定の強度等の機械的性質が選択
できるようになる。

【０１４０】前記再焼結工程４の再焼結温度は、好まし
くは７００〜１３００℃が選択され、これによって前記
再焼結温度の低温領域では黒鉛７ｂの拡散が少なく、黒
鉛７ｂの残存率が多い状態の焼結体１１が得られると共
に、再焼結温度の高温域では多くの黒鉛７ｂが拡散して
残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さいため、最も
強度の大きい状態の焼結体１１が得られるようになる。

【０１４１】詳しくは、図１４及び図１５に示すよう
に、再焼結温度が７００〜１０００℃の比較的低温の場
合には、再圧縮工程３で生じた加工硬化の回復が生じる
が、黒鉛７ｂの拡散が進行し始めると共に、軽度の再焼
結により結晶粒の微細な組織が得られるので、強度が大
きく、かつ硬さも増す。なお前記再圧縮工程３での再圧
縮成形の形状によっては、加工硬化の回復の程度が大き
く、緩やかに軟化した後、１０００℃近くで再び硬化す
る場合もある。

【０１４２】また、前記再焼結温度が１０００〜１３０
０℃の比較的高温である場合には、黒鉛７ｂの残留率が
少なくなり、黒鉛７ｂがフェライト地に拡散（固溶また
は炭化物を形成）するので、更に強度が増し、硬さも増
すが、前記再焼結温度が１１００℃を超えると、脱炭量
の増加に伴う総炭素量の減少や、結晶粒の再成長による
強度及び硬さの低下する傾向が現れ始め、１３００℃を
超えると、結晶粒の過剰成長による粗大な組織が発生す
るので、強度、硬さ共に大きく低下してくる。このた
め、前記再焼結温度は、７００〜１３００℃の範囲とす
るのが望ましく、安定した組織を得るには９００〜１２
００℃の範囲とするのが最も好ましいものである。

【０１４３】従って焼結金属による機械的強度の高い機
械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する成形
素材（金属粉成形素材）９の再圧縮成形体１０を再焼結
してなる焼結体１１及びその製造方法が得られると共
に、前記再焼結工程の再焼結温度を７００〜１３００℃
としたことにより、この再焼結温度を選択することによ
って、黒鉛７ｂの拡散が少なく黒鉛７ｂの残存率が多い
状態の焼結体１１及び、多くの黒鉛７ｂが拡散して残存
率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大き
い状態の焼結体１１が得られるようになる。

【０１４４】次に前記熱処理工程５で、焼結体１１に熱
処理が施されるが、前記熱処理工程５による熱処理は、
高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそ
れらを組合せて実施され、これによって前記熱処理した
焼結体１１は、過飽和に黒鉛７ｂを固溶し、または微細
な炭化物や窒化物が析出して硬化層が形成され、優れた
機械的性質が付与される。

【０１４５】詳しくは、図１６に示すように、熱処理し
た焼結体１１は硬化層の形成により、再焼結した状態の
焼結体１１よりも大きな引張強度が得られる。また、前
記再圧縮成形体１０を所定温度で再焼結してなる焼結体
１１は、再圧縮工程３の再圧縮成形によって空隙が無く
高密度の組織となっているから、炭素の拡散は表面から
内部に行くにしたがって少なくなり、このため前記熱処
理を施した焼結体１１は、図１７に示すように、表面近
傍では硬さが増し、内部は靭性を有することなり、全体
として優れた機械的性質を有することになる。

【０１４６】一方図１８は、成形素材中に含まれるカー
ボン量と成形限界の関係を示す線図で、予めカーボン含
有量を変えた成形素材９を複数種類用意して次のような
成形試験を行った結果を線図にしたものである。

【０１４７】試験に使用した成形素材９は、材質が純鉄
系材料ＫＩＰ３０１Ａで、図１９の（イ）に示すように
外径が３０ｍｍ、厚さが１３ｍｍの円柱形となってお
り、この成形素材９をベルト式加熱炉により９００℃で
６０分間加熱した後、ステアリン酸系水溶性潤滑剤にど
ぶ漬けして潤滑処理し、これをプレス能力が例えば４０
０トンの鍛造プレスを使用して断面減少率８０％で後方
押出し冷間鍛造することにより、図１９の（ロ）に示す
成形品を成形した。

【０１４８】そして成形素材９のカーボン含有量と成形
限界の関係を調査するため、成形品のスカート部の付根
ａにシワやクラックが発生した時点の底厚（追い込み量
で検出）を評価して、各ｎ＝１０の測定データをプロッ
トし、図１８に示す線図を作成した。

【０１４９】得られた図１８に示す線図で明らかなよう
に、カーボン含有量が０．３％を超えると成形性が低下
して、成形品のスカート部にシワやクラックが発生した
ため、カーボンの含有量を０．１％以上、０．３％未満
の範囲とした。

【０１５０】これによって薄肉の機械部品や、複雑な形
状の機械部品の冷間鍛造成形に最適な成形素材が得られ
るようになる。

【０１５１】以上、実施の形態を図面に基づいて説明し
たが、具体的構成はこの実施の形態に限られるものでは
なく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、前記予備成形体８は、金属粉７及び成形型を所
定温度に加熱して、金属粉７の降伏点を低下させた状態
で行う、所謂温間成形によって形成するようにしてもよ
い。

【０１５２】また、前記予備成形工程１において、上パ
ンチ１６に、成形空間１５の容積を拡大させる切欠き２
３を形成した実施の形態について述べたが、この切欠き
２３は下パンチ１７に設けてもよく、また、上パンチ１
６及び下パンチ１７の両方に設けてもよい。

【０１５３】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように、詳細に説
明したように、金属粉に添加する黒鉛の量を０．１％以
上、０．３％未満とすることによって成形素材の伸びが
増すため、成形素材を再圧縮成形する際、特に冷間鍛造
する際、割れや表面の肌荒れ等の欠陥が生じにくくなる
と共に、得られた冷間成形品は内部応力が小さいため、
冷間成形後のスプリングバック量が小さくなる上、その
後の再焼結工程や熱処理工程においても冷間成形品の寸
法変化量が少なくなり、これによって薄肉の機械部品
や、複雑な形状の機械部品の冷間鍛造成形に最適な成形
素材が安価に得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、金属粉成形素材、
その金属粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形
体から得られる焼結体の製造工程説明図である。

【図２】予備成形体の製造工程を、成形ダイスの成形空
間内に金属粉を充填した状態（ａ）、金属粉を上パンチ
及び下パンチで加圧した状態（ｂ）、加圧完了後予備成
形体の取出しのために成形ダイスを下降させ始めた状態
（ｃ）、予備成形体を取り出す状態（ｄ）で示す説明図
である。

【図３】黒鉛を０．１％、０．２％、０．３％混合した
金属粉から形成した予備成形体を８００℃で仮焼結して
得られた成形素材の密度と伸びとの関係を、データ
（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。

【図４】成形素材の組織を示す図面である。

【図５】密度が７．３ｇ／ｃｍ³の成形素材について、
黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図６】密度が７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材について、
黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図７】密度が７．３ｇ／ｃｍ³の成形素材について、
黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図８】密度が７．５ｇ／ｃｍ³の成形素材について、
黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図９】粒径が２０μｍの黒鉛を０．２％混合した金属
粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ³及び７．５ｇ
／ｃｍ³の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力と
の関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面
である。

【図１０】粒径が５μｍの黒鉛を０．２％混合した金属
粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ³及び７．５ｇ
／ｃｍ³の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力と
の関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面
である。

【図１１】再圧縮成形体の組織を、再圧縮成形が軽度の
場合（ａ）、更に再圧縮成形した場合（ｂ）で示す図面
である。

【図１２】焼結体の組織を示す図面である。

【図１３】再焼結温度を変化させた場合の黒鉛残留率の
変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面で
ある。

【図１４】再焼結温度を変化させた場合の引張強度の変
化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図１５】再焼結温度を変化させた場合の硬さの変化
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図１６】再焼結温度を変化して得られた焼結体を所定
条件で熱処理した場合の再焼結温度と引張強度との関係
を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面であ
る。

【図１７】所定の条件で熱処理した熱処理体の表面から
の距離と硬さとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ
（ｂ）で示す図面である。

【図１８】本発明の実施の形態になる金属粉成形素材の
カーボン量と成形限界の関係を示す線図である。

【図１９】（イ）は本発明の実施の形態になる金属粉成
形素材の成形前を示す説明図である。（ロ）は本発明の
実施の形態になる金属粉成形素材の成形後を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ 予備成形工程 ２ 仮焼結工程 ３ 再圧縮工程 ４ 再焼結工程 ５ 熱処理工程 ７ 金属粉 ７ａ 金属粉 ７ｂ 黒鉛 ８ 予備成形体 ９ 成形素材（金属粉成形素材） １０ 再圧縮成形体 １１ 焼結体 １４ 成形ダイス １５ 成形空間 １６ 上パンチ １７ 下パンチ １９ 大経部 ２０ 小経部 ２１ テーパ部 ２２ 端面 ２３ 切欠き ２４ コア Ｆ フェライト Ｐ パーライト ａ スカート部の付値

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｂ２２Ｆ 3/24 Ｄ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ (72)発明者 幡井 康雄 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 安間 裕之 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 松本 高之 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 藤長 政志 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 中村 尚道 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 (72)発明者 上ノ薗 聡 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 AA28 AB07 AC01 CA02 CA15 EA53 FA01 KA62

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
   上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
   形して得られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
   形体を所定温度で仮焼結してなり、 金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織を有する
   ことを特徴とする、金属粉成形素材。
2. 【請求項２】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
   上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
   形して、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得
   る予備成形工程と、 この予備成形工程で得られた予備成形体を所定温度で仮
   焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組
   織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程と、からな
   ることを特徴とする、金属粉成形素材の製造方法。
3. 【請求項３】 前記予備成形工程は、成形ダイスの成形
   空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧
   してなり、 前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大
   径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部
   と小径部とを繋ぐテーパ部とを備え、 前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダ
   イスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容
   積を増大させる切欠きを備えてなることを特徴とする、
   請求項２記載の金属粉成形素材の製造方法。
4. 【請求項４】 前記仮焼結工程の仮焼結温度は、８００
   〜１０００℃であることを特徴とする、請求項２または
   ３記載の金属粉成形素材の製造方法。
5. 【請求項５】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
   上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
   形して得られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
   形体を所定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残
   留している状態の組織を有する金属粉成形素材を形成
   し、 前記金属粉成形素材を再圧縮成形してなることを特徴と
   する、再圧縮成形体。
6. 【請求項６】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
   上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
   形して、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得
   る予備成形工程と、 この予備成形工程で得られた予備成形体を所定温度で仮
   焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組
   織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮
   焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮成形する再
   圧縮工程とからなることを特徴とする、再圧縮成形体の
   製造方法。
7. 【請求項７】 前記予備成形工程は、成形ダイスの成形
   空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加圧
   して形成してなり、 前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大
   径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部
   と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、 前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダ
   イスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容
   積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、
   請求項６記載の再圧縮成形体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記仮焼結工程の仮焼結温度は、８００
   〜１０００℃であることを特徴とする、請求項６または
   ７記載の再圧縮成形体の製造方法。
9. 【請求項９】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
   上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
   形して得られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
   形体を所定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残
   留している状態の組織を有する金属粉成形素材を形成
   し、 前記金属粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を形
   成し、 更に、前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結してなり、 金属粉及びその粒界に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留
   している状態の組織を有することを特徴とする、焼結
   体。
10. 【請求項１０】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
    上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
    形して、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得
    る予備成形工程と、 この予備成形工程で得られた予備成形体を所定温度で仮
    焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組
    織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮
    焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮成形して再
    圧縮成形体を得る再圧縮工程と、 この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結する再
    焼結工程と、からなることを特徴とする、焼結体の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 前記予備成形工程は、成形ダイスの成
    形空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加
    圧して形成されてなり、 前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大
    径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部
    と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、 前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダ
    イスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容
    積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、
    請求項１０記載の焼結体の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記仮焼結工程の仮焼結温度は、８０
    ０〜１０００℃であることを特徴とする、請求項１０ま
    たは１１記載の焼結体の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記再焼結工程の再焼結温度は、７０
    ０〜１３００℃であることを特徴とする、請求項１０〜
    １２のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
14. 【請求項１４】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
    上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
    形して得られた、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成
    形体を所定温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残
    留している状態の組織を有する金属粉成形素材を形成
    し、 前記金属粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を形
    成し、 更に、前記再圧縮成形体を所定温度で再焼結して、金属
    粉及びその粒界に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留して
    いる状態の組織を有する焼結体を形成し、 前記焼結体に熱処理が施されてなることを特徴とする、
    焼結体。
15. 【請求項１５】 鉄を主成分とする金属粉に０．１％以
    上、０．３％未満の黒鉛を混合してなる金属粉を圧粉成
    形して、密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上の予備成形体を得
    る予備成形工程と、 この予備成形工程で得られた予備成形体を所定温度で仮
    焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組
    織を有する金属粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮
    焼結工程で得られた金属粉成形素材を再圧縮成形して再
    圧縮成形体を得る再圧縮工程と、 この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結して、
    焼結体を得る再焼結工程と、 この再焼結工程で得られた焼結体を熱処理する熱処理工
    程と、からなることを特徴とする、焼結体の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記予備成形工程は、成形ダイスの成
    形空間内に充填した金属粉を上パンチ及び下パンチで加
    圧して形成されてなり、 前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大
    径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部
    と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、 前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダ
    イスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容
    積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、
    請求項１５記載の焼結体の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記仮焼結工程の仮焼結温度は、８０
    ０〜１０００℃であることを特徴とする、請求項１５ま
    たは１６記載の焼結体の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記再焼結工程の再焼結温度は、７０
    ０〜１３００℃であることを特徴とする、請求項１５〜
    １７のいずれかに記載の焼結体の製造方法。