JP2003147405A - 鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉 - Google Patents
鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課 題】 面圧疲労特性が良好な焼結材料を、従来に
比較して経済的に得ることができる鉄系焼結材料用の合
金鋼粉を提供する。 【解決手段】 質量％でNi： 0.5〜2.5 ％、Mo： 0.3〜
2.5 ％、残部はFeおよび不可避的不純物からなる予合金
鋼粉表面が、質量％でMo： 0.5〜1.5 ％となるように拡
散付着させて部分合金化した鉄系焼結熱処理材料用合金
鋼粉である。
比較して経済的に得ることができる鉄系焼結材料用の合
金鋼粉を提供する。 【解決手段】 質量％でNi： 0.5〜2.5 ％、Mo： 0.3〜
2.5 ％、残部はFeおよび不可避的不純物からなる予合金
鋼粉表面が、質量％でMo： 0.5〜1.5 ％となるように拡
散付着させて部分合金化した鉄系焼結熱処理材料用合金
鋼粉である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種焼結部品の
中でも、 特に高い面圧疲労特性と寸法精度が要求される
部品の製造に供して好適な鉄系焼結熱処理材料用の合金
鋼粉に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車のギヤなど、高強度や高面圧疲労
特性が要求される鉄系部品を粉末冶金法で製造する場
合、強度および疲労特性の向上のためには、合金元素を
添加し、さらに浸炭処理や浸窒処理を施すとともに、 そ
の後に焼入れ，焼戻し処理が施される。 【０００３】純鉄粉中に合金成分を固溶させて合金鋼粉
を製造する予合金鋼粉では、その焼結体の熱処理後の寸
法精度は高いものの、合金成分を多く含有させると、鋼
粉の圧縮性が損なわれることが多く、 その場合に高い焼
結密度が得られなくなり、結果的に疲労特性の向上が望
めない。この点、たとえば特公昭45-9649 号公報では、
純鉄粉にNi，Cu，Moなどの合金成分粉末を拡散付着する
（以下、 部分合金化と称す）ことによって上述の問題の
解決を図っている。 【０００４】しかしながら、上記の方法にて製造された
部分合金化鋼粉は、圧縮性には優れるものの、異種金属
粉を混粉後加熱することにより拡散を生じさせて部分的
に合金化するだけなので、成分的に完全に均一なものが
得られる予合金鋼粉に比べると、焼結体の組織の均一性
が低く、 合金濃度の低い部分や、Ni濃度の高いオーステ
ナイト相が疲労破壊の起点となり、疲労特性低下の原因
となる。また、寸法精度の点でも組織が不均一なため劣
る。 【０００５】このように、上記した部分合金化鋼粉では
圧縮性が高く、 焼結体の強度の向上は図り得るものの、
疲労特性，寸法精度の点では十分とは言い難かった。そ
こで、これらの欠点を解消するためには、特開昭59-215
401 号公報に開示されているように、合金成分の一部を
予合金化するとともに残りの合金成分を部分合金化する
ことが提案されている。同公報では、Fe− 0.1〜1.0 重
量％Mo予合金粉にNi： 2.5重量％以下および／またはC
u： 2.0重量％以下の粉末を表面に拡散付着させてなる
粉末である。 【０００６】また、特開昭63-137102 号公報には、Ni：
0.25〜0.5 重量％，Mo：0.25〜1.0重量％，不純物とし
てのMnおよびCrそれぞれ 0.3重量％以下，残部鉄合金粉
の表面に、Cu：１〜３重量％および／またはMo： 1.0重
量％以下を部分合金化してなる粉末冶金用合金粉末が開
示されている。しかし、これらの合金鋼粉では、疲労強
度が考慮された合金設計がなされていなかった。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、疲労特性
が良好な焼結材料を、従来に比較して経済的に得ること
ができる鉄系焼結材料用の合金鋼粉を提案することを目
的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】さて本発明者らは、上記
の目的を達成するべく合金の添加方法について鋭意研究
を重ねた結果、 合金成分の一部を予合金化するとともに
残りの合金成分を部分合金化して拡散付着させた合金鋼
粉で、合金成分，合金量を最適化することが所期の目的
の達成に関し、極めて有効であるとの知見を得た。 【０００９】すなわち、この発明は、質量％でNi： 0.5
〜2.5 ％、Mo： 0.3〜2.5 ％、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる予合金鋼粉表面が、質量％でMo： 0.5〜
1.5％となるように拡散付着させて部分合金化したこと
を特徴とする鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉である。 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明にかかる合金鋼粉は上述の
構成を備えたものであるが、本発明においてそのように
粉末組成を限定した理由についてさらに詳述する。本発
明では、合金元素としてNi，Moを選択する。 Ni，MoはＲ
Ｘガス（炭化水素変成ガス）のような弱酸化性雰囲気で
の焼結を行なっても酸化することがなく、効率良く強度
の向上が可能となる。予合金化合金鋼粉を得るには、所
定量の合金元素を予合金した溶鋼を溶製し、水アトマイ
ズして予合金化したNiおよびMoを含む合金鋼粉とする。
水アトマイズは、通常公知の装置および方法を用いて行
なえばよく、特に限定する必要はない。鋼粉は、水アト
マイズ後、 常法に従い、仕上げ還元処理，粉砕を施され
るのは言うまでもない。 【００１１】はじめに予合金化鋼粉の組成の限定理由に
ついて説明する。 Mo： 0.3〜2.5 質量％ Moは、固溶強化，焼入れ性向上により基地強度を向上さ
せる元素である。しかし、Moが 0.3質量％未満では強度
を向上させる効果が十分ではなく、一方、 Moを2.5質量
％を超えて含有させると鋼粉粒子が硬化し、著しく圧縮
性が低下し、得られる密度が低下するため疲労特性が低
下する。 このため、Moは 0.3〜2.5 質量％の範囲に限定
した。 【００１２】Ni： 0.5〜2.5 質量％ Niは、固溶強化，焼入れ性向上により基地強度，硬度を
向上させる元素である。しかし、Niが 0.5質量％未満で
は基地強度，硬度を向上させる効果が十分ではなく、一
方、 Niを 2.5質量％を超えて含有させると鋼粉粒子が硬
化し、著しく圧縮性が低下し、得られる密度が低下する
ため疲労特性が低下する。 このため、Niは 0.5〜2.5 質
量％の範囲に限定した。 【００１３】本発明では、表面に質量％でMo： 0.5〜1.
5 ％を拡散付着させて部分合金化したことを特徴とす
る。 Mo： 0.5〜1.5 質量％ Moは、固溶強化，焼入れ性向上により焼結ネック部の強
度を向上させる元素である。しかし、Moが 0.5質量％未
満では強度を向上させる効果が十分ではなく、一方、 Mo
を 1.5質量％を超えて部分合金化させると、焼結ネック
部のMo濃度が高まりすぎ、脆化するため疲労特性が低下
する。 このため、Moは 0.5〜1.5 質量％の範囲に限定し
た。 【００１４】表面に質量％でMo： 0.5〜1.5 ％を拡散付
着させて部分合金化するには、たとえば粉砕分級した鉄
粉に、３酸化Mo粉を混合し、 Ｈ2 ガス中 900℃前後で焼
鈍することにより達成できる。上述したような合金鋼粉
を成形，焼結することにより、その焼結体の熱処理にお
ける寸法精度を向上させることができ、また得られた焼
結・熱処理体の疲労特性は極めて良好である。 【００１５】なお、ここでいう成形，焼結とは、一般に
粉末冶金部品を製造する方法を意味し、たとえば４〜10
Pa（ ton／cm2 ）の圧力による圧縮成形後1100〜1300℃
におけるＮ2 ，ＡＸ，ＲＸガス中での焼結が好適であ
る。また必要に応じて、成形に先立ち黒鉛を強度向上を
目的として添加することもでき、その量は 0.1〜1.0 質
量％が好適である。 【００１６】 【実施例】表１に示すように、Mo，Niをそれぞれ予合金
として添加し、水アトマイズ法により、鉄粉を製造し
た。さらに、前記鉄粉を粉砕分級し、部分合金化するた
めに前記例示の方法により表面に質量％でMo： 0.5〜1.
5 質量％を拡散付着させて、Ｈ2 ガス中 900℃前後で焼
鈍を行ない本発明の鉄粉を得た。なお、一部の鉄粉は、
比較のために予合金を行なわないもの、および／または
部分合金化を行なわずに、あるいは、予合金を行なわな
いもの、および／または部分合金化としても組成を本発
明から外れる組成とした。このようにして、表１に示す
予合金成分，部分合金成分を有する鉄粉を得た。 【００１７】これら鉄粉に対し、黒鉛を 0.3質量％，ス
テアリン酸亜鉛を１質量％添加し、混合したのち、成形
圧力686MPaにより、外径：60mm，内径：20mm，高さ：5.
5mmのリング状成形体を作製した。これらの成形体をＲ
Ｘ雰囲気中、1130℃，20分間の条件で焼結を行なったの
ち、 900℃の温度で60分間の浸炭処理（カーボンポテン
シャル 0.9％）に続いて油焼入れしたのち、 180℃の温
度で60分間の焼戻し処理を施した。 【００１８】なお、部分合金成分のMoの濃度は、電子線
マイクロアナライザで合金粉の表面を測定して求めた。 【００１９】 【表１】【００２０】疲労強度を測定した実験結果を表１に併記
する。疲労強度は、森式面圧疲労試験による（耐久）疲
労強度を調べた。表１から明らかなように、本発明の鋼
粉を用いて作製した焼結・熱処理体は、疲労強度が200G
Pa以上と大きく、疲労特性に優れた焼結・熱処理体を得
ることができた。 【００２１】 【発明の効果】この発明の合金鋼粉は、焼結・熱処理後
において、疲労特性に優れ、たとえば自動車のカムギア
のような高疲特性を要求される焼結部品の原料鋼粉とし
て顕著な効果を奏する。
中でも、 特に高い面圧疲労特性と寸法精度が要求される
部品の製造に供して好適な鉄系焼結熱処理材料用の合金
鋼粉に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車のギヤなど、高強度や高面圧疲労
特性が要求される鉄系部品を粉末冶金法で製造する場
合、強度および疲労特性の向上のためには、合金元素を
添加し、さらに浸炭処理や浸窒処理を施すとともに、 そ
の後に焼入れ，焼戻し処理が施される。 【０００３】純鉄粉中に合金成分を固溶させて合金鋼粉
を製造する予合金鋼粉では、その焼結体の熱処理後の寸
法精度は高いものの、合金成分を多く含有させると、鋼
粉の圧縮性が損なわれることが多く、 その場合に高い焼
結密度が得られなくなり、結果的に疲労特性の向上が望
めない。この点、たとえば特公昭45-9649 号公報では、
純鉄粉にNi，Cu，Moなどの合金成分粉末を拡散付着する
（以下、 部分合金化と称す）ことによって上述の問題の
解決を図っている。 【０００４】しかしながら、上記の方法にて製造された
部分合金化鋼粉は、圧縮性には優れるものの、異種金属
粉を混粉後加熱することにより拡散を生じさせて部分的
に合金化するだけなので、成分的に完全に均一なものが
得られる予合金鋼粉に比べると、焼結体の組織の均一性
が低く、 合金濃度の低い部分や、Ni濃度の高いオーステ
ナイト相が疲労破壊の起点となり、疲労特性低下の原因
となる。また、寸法精度の点でも組織が不均一なため劣
る。 【０００５】このように、上記した部分合金化鋼粉では
圧縮性が高く、 焼結体の強度の向上は図り得るものの、
疲労特性，寸法精度の点では十分とは言い難かった。そ
こで、これらの欠点を解消するためには、特開昭59-215
401 号公報に開示されているように、合金成分の一部を
予合金化するとともに残りの合金成分を部分合金化する
ことが提案されている。同公報では、Fe− 0.1〜1.0 重
量％Mo予合金粉にNi： 2.5重量％以下および／またはC
u： 2.0重量％以下の粉末を表面に拡散付着させてなる
粉末である。 【０００６】また、特開昭63-137102 号公報には、Ni：
0.25〜0.5 重量％，Mo：0.25〜1.0重量％，不純物とし
てのMnおよびCrそれぞれ 0.3重量％以下，残部鉄合金粉
の表面に、Cu：１〜３重量％および／またはMo： 1.0重
量％以下を部分合金化してなる粉末冶金用合金粉末が開
示されている。しかし、これらの合金鋼粉では、疲労強
度が考慮された合金設計がなされていなかった。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、疲労特性
が良好な焼結材料を、従来に比較して経済的に得ること
ができる鉄系焼結材料用の合金鋼粉を提案することを目
的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】さて本発明者らは、上記
の目的を達成するべく合金の添加方法について鋭意研究
を重ねた結果、 合金成分の一部を予合金化するとともに
残りの合金成分を部分合金化して拡散付着させた合金鋼
粉で、合金成分，合金量を最適化することが所期の目的
の達成に関し、極めて有効であるとの知見を得た。 【０００９】すなわち、この発明は、質量％でNi： 0.5
〜2.5 ％、Mo： 0.3〜2.5 ％、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる予合金鋼粉表面が、質量％でMo： 0.5〜
1.5％となるように拡散付着させて部分合金化したこと
を特徴とする鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉である。 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明にかかる合金鋼粉は上述の
構成を備えたものであるが、本発明においてそのように
粉末組成を限定した理由についてさらに詳述する。本発
明では、合金元素としてNi，Moを選択する。 Ni，MoはＲ
Ｘガス（炭化水素変成ガス）のような弱酸化性雰囲気で
の焼結を行なっても酸化することがなく、効率良く強度
の向上が可能となる。予合金化合金鋼粉を得るには、所
定量の合金元素を予合金した溶鋼を溶製し、水アトマイ
ズして予合金化したNiおよびMoを含む合金鋼粉とする。
水アトマイズは、通常公知の装置および方法を用いて行
なえばよく、特に限定する必要はない。鋼粉は、水アト
マイズ後、 常法に従い、仕上げ還元処理，粉砕を施され
るのは言うまでもない。 【００１１】はじめに予合金化鋼粉の組成の限定理由に
ついて説明する。 Mo： 0.3〜2.5 質量％ Moは、固溶強化，焼入れ性向上により基地強度を向上さ
せる元素である。しかし、Moが 0.3質量％未満では強度
を向上させる効果が十分ではなく、一方、 Moを2.5質量
％を超えて含有させると鋼粉粒子が硬化し、著しく圧縮
性が低下し、得られる密度が低下するため疲労特性が低
下する。 このため、Moは 0.3〜2.5 質量％の範囲に限定
した。 【００１２】Ni： 0.5〜2.5 質量％ Niは、固溶強化，焼入れ性向上により基地強度，硬度を
向上させる元素である。しかし、Niが 0.5質量％未満で
は基地強度，硬度を向上させる効果が十分ではなく、一
方、 Niを 2.5質量％を超えて含有させると鋼粉粒子が硬
化し、著しく圧縮性が低下し、得られる密度が低下する
ため疲労特性が低下する。 このため、Niは 0.5〜2.5 質
量％の範囲に限定した。 【００１３】本発明では、表面に質量％でMo： 0.5〜1.
5 ％を拡散付着させて部分合金化したことを特徴とす
る。 Mo： 0.5〜1.5 質量％ Moは、固溶強化，焼入れ性向上により焼結ネック部の強
度を向上させる元素である。しかし、Moが 0.5質量％未
満では強度を向上させる効果が十分ではなく、一方、 Mo
を 1.5質量％を超えて部分合金化させると、焼結ネック
部のMo濃度が高まりすぎ、脆化するため疲労特性が低下
する。 このため、Moは 0.5〜1.5 質量％の範囲に限定し
た。 【００１４】表面に質量％でMo： 0.5〜1.5 ％を拡散付
着させて部分合金化するには、たとえば粉砕分級した鉄
粉に、３酸化Mo粉を混合し、 Ｈ2 ガス中 900℃前後で焼
鈍することにより達成できる。上述したような合金鋼粉
を成形，焼結することにより、その焼結体の熱処理にお
ける寸法精度を向上させることができ、また得られた焼
結・熱処理体の疲労特性は極めて良好である。 【００１５】なお、ここでいう成形，焼結とは、一般に
粉末冶金部品を製造する方法を意味し、たとえば４〜10
Pa（ ton／cm2 ）の圧力による圧縮成形後1100〜1300℃
におけるＮ2 ，ＡＸ，ＲＸガス中での焼結が好適であ
る。また必要に応じて、成形に先立ち黒鉛を強度向上を
目的として添加することもでき、その量は 0.1〜1.0 質
量％が好適である。 【００１６】 【実施例】表１に示すように、Mo，Niをそれぞれ予合金
として添加し、水アトマイズ法により、鉄粉を製造し
た。さらに、前記鉄粉を粉砕分級し、部分合金化するた
めに前記例示の方法により表面に質量％でMo： 0.5〜1.
5 質量％を拡散付着させて、Ｈ2 ガス中 900℃前後で焼
鈍を行ない本発明の鉄粉を得た。なお、一部の鉄粉は、
比較のために予合金を行なわないもの、および／または
部分合金化を行なわずに、あるいは、予合金を行なわな
いもの、および／または部分合金化としても組成を本発
明から外れる組成とした。このようにして、表１に示す
予合金成分，部分合金成分を有する鉄粉を得た。 【００１７】これら鉄粉に対し、黒鉛を 0.3質量％，ス
テアリン酸亜鉛を１質量％添加し、混合したのち、成形
圧力686MPaにより、外径：60mm，内径：20mm，高さ：5.
5mmのリング状成形体を作製した。これらの成形体をＲ
Ｘ雰囲気中、1130℃，20分間の条件で焼結を行なったの
ち、 900℃の温度で60分間の浸炭処理（カーボンポテン
シャル 0.9％）に続いて油焼入れしたのち、 180℃の温
度で60分間の焼戻し処理を施した。 【００１８】なお、部分合金成分のMoの濃度は、電子線
マイクロアナライザで合金粉の表面を測定して求めた。 【００１９】 【表１】【００２０】疲労強度を測定した実験結果を表１に併記
する。疲労強度は、森式面圧疲労試験による（耐久）疲
労強度を調べた。表１から明らかなように、本発明の鋼
粉を用いて作製した焼結・熱処理体は、疲労強度が200G
Pa以上と大きく、疲労特性に優れた焼結・熱処理体を得
ることができた。 【００２１】 【発明の効果】この発明の合金鋼粉は、焼結・熱処理後
において、疲労特性に優れ、たとえば自動車のカムギア
のような高疲特性を要求される焼結部品の原料鋼粉とし
て顕著な効果を奏する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 質量％でNi： 0.5〜2.5 ％、Mo： 0.3〜
2.5 ％、残部はFeおよび不可避的不純物からなる予合金
鋼粉表面が、質量％でMo： 0.5〜1.5 ％となるように拡
散付着させて部分合金化したことを特徴とする鉄系焼結
熱処理材料用合金鋼粉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338380A JP2003147405A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338380A JP2003147405A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 鉄系焼結熱処理材料用合金鋼粉 |
Publications (1)
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