JP2003239002A

JP2003239002A - 鉄系混合粉末および鉄系焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2003239002A
Application number: JP2002040126A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzuki; 浩則鈴木; Masaaki Sato; 正昭佐藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】容易かつ低コストで機械的特性に優れた鉄系
焼結体が得られる、鉄系混合粉末およびその混合粉末を
用いた鉄系焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】質量割合で、Ni:2.0%以下、Mo:0.5〜2.0
%、Mn:0.25〜0.55%を含み、かつ、Cr+Mn:0.3〜0.65%と
なるCrを含み、残部実質的にFeからなる鋼粉に、少なく
とも銅粉：0.05%〜3.0%と、黒鉛粉：0.1〜1.2%とを添加
し混合して作製した鉄系混合粉末であって、当該鋼粉
に、質量割合で、銅粉：2.0%と黒鉛粉：0.6%とを別途混
合してなる混合粉末から得られる焼結物の上部臨界冷却
速度が2.0℃/s以下である鉄系混合粉末を、300〜1000MP
aの成形圧力で加圧成形して圧粉体とし、この圧粉体を1
100〜1300℃の温度で焼結させて鉄系焼結体とし、さら
に、この鉄系焼結体を、500℃から300℃までの平均冷却
速度が0.2〜5℃/sとなるように冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末冶金により鉄
系高強度部品を製造する際に適用される、いわゆるシン
ターハードニング焼結方法に適した鉄系混合粉末および
その混合粉末を用いた鉄系焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来鉄系高強度部品の製造方法として
は、鉄粉（または鋼粉）に合金元素を粉末または予合金
で添加し、成形、焼結した後、光輝焼入焼戻処理または
浸炭処理等の後処理を施すのが一般的である。しかしな
がら、この後処理は製造コストを増加させるばかりでな
く、使用する油による焼結体の汚れや熱処理時に発生す
る部品ひずみによる寸法精度の悪化等の問題がある。

【０００３】そこで、以下の従来技術で開示されるよう
に、焼結後直ちに冷却を促進させ、焼き入れすることを
特徴とするいわゆるシンターハードニング焼結方法が提
案されている。

【０００４】特開昭63-33541号公報には、Niが0.5〜4
％、Crが1.8〜4.5％、Moが0.15〜1.0％等を含む合金粉
末を密度6.8ｇ/ｃｍ³以上に成形し、1100〜1350℃、1分
間以上の加熱により焼結し、0.15℃/ｓ以上の冷却速度
で冷却することで、焼入れ処理なしで焼結処理のままで
高強度の焼結体が得られるとする技術が開示されてい
る。しかし、この方法では、合金粉末にCrを1.8％以上
添加しているため、圧縮性と成形性を損なうばかりでな
く、還元時または焼結時での脱酸処理が困難である欠点
がある。

【０００５】特開昭63-45348号公報には、鉄基合金粉末
に0.5〜6.7％のCを含有する焼結活性化粉末と、0.5〜1.
3％の黒鉛粉末と、潤滑剤を混合し、平均密度6.8〜7.4
ｇ/ｃｍ³に成形した後、真空中又は保護雰囲気中にて70
0〜900℃で予備加熱し、真空中又は保護雰囲気中にて11
40〜1200℃で焼結した後、20℃/分〜120℃/分の冷却速
度で200℃まで冷却することで焼結部品を製造する方法
が提案されている。しかし、この方法では、成形体が焼
結活性化粉末を2％以上含むため、圧縮性が低下する問
題がある。

【０００６】特開平5-503318号公報には、Mn:0.05〜0.2
5％、Ni:2.5〜5.0％、Mo:0.2〜1.5％からなり、0.7〜1.
5％のCuを含むことを特徴とする金属粉末混合物が提案
されている。しかし、Mn含有量が0.05〜0.25％に限定さ
れており、焼き入れ性に優れるMn含有量が0.25％以下で
は、焼結後の冷却速度が速い条件下では十分な機械的特
性が得られにくい問題がある。

【０００７】さらに、特開平9-87794号公報には、Niが3
〜5％、Moが0.4〜0.7％を含む合金粉末に、銅粉を1〜2
％、Ni粉を1〜3％、黒鉛を焼結後のCが0.2〜0.7％にな
るように配合した混合粉末を、金型内で成形し、圧粉体
の焼結を非酸化雰囲気中で1130〜1230℃の範囲で行い、
焼結炉中で5℃/分以上20℃/分以下の冷却速度で冷却す
ることを特徴とする鉄系焼結合金の製造方法が提案され
ている。しかし、この方法では、合金粉末がNiを3〜5％
含むため、圧縮性に問題があるとともに原料コストを引
き上げる問題がある。

【０００８】特開平10-140206号公報には、クロムおよ
びマンガンを少なくとも0.7重量％の合計量を含むこと
等を特徴とする焼結焼入れ用低合金鋼粉末が開示されて
いる。しかし、酸化しやすいこれらの添加元素が多い粉
末を成形して焼結する場合には、焼結雰囲気を厳密に管
理する必要があり、容易かつ低コストで部品を製造する
ことが困難である。

【０００９】

【解決しようとする課題】そこで本発明は、容易かつ低
コストで機械的特性に優れた鉄系焼結体が得られる、鉄
系混合粉末およびその混合粉末を用いた鉄系焼結体の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、焼結処理（シンターハードニング）のま
まで良好な機械的特性が得られることで熱処理を省略す
ることが可能となる鉄系混合粉末の主要成分範囲と添加
粉末の混合範囲を規定することを要旨とする。

【００１１】すなわち、請求項１の発明は、質量割合
で、鋼粉：90%以上と、銅粉及びニッケル粉からなる群
より選ばれる少なくとも１種の粉：0.05%〜3.0%と、黒
鉛粉：0.1〜1.2%とを含む鉄系混合粉末であって、前記
鋼粉が、質量割合で、Ni:2.0%以下、Mo:0.5〜2.0%、Mn:
0.25〜0.55%を含み、かつ、Cr+Mn:0.3〜0.65%となるCr
を含み、残部実質的にFeからなり、かつ、当該鋼粉に、
質量割合で、銅粉2.0%と黒鉛粉0.6%とを別途混合してな
る混合粉末から得られる焼結物の上部臨界冷却速度が、
2.0℃/s以下となるものであることを特徴とする鉄系混
合粉末である。

【００１２】請求項２の発明は、前記鋼粉中のNi含有量
が、1.6〜2.0%である請求項１に記載の鉄系混合粉末で
ある。

【００１３】請求項３の発明は、前記鋼粉中のCr含有量
が、0.3%以下である請求項１又は２に記載の鉄系混合粉
末である。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の鉄系混合粉末を300〜1000MPaの成形圧力
で加圧成形して圧粉体とし、この圧粉体を1100〜1300℃
の温度で焼結させて鉄系焼結体とし、この鉄系焼結体
を、500℃から300℃までの平均冷却速度が0.2〜5℃/sと
なるように冷却することを特徴とする鉄系焼結体の製造
方法である。

【００１５】（作用）本発明者らは、シンターハードニ
ングに適した鉄系混合粉末およびその混合粉末を用いた
場合の最適な製造条件を見出すため、混合粉末の成分や
焼結・冷却条件等を種々変更して焼結体を作製する実験
を実施した。その結果、上記各発明で規定した成分範囲
の混合粉末から作製した焼結体を上記各発明で規定した
冷却条件で冷却すると、特定の成分の組み合せからなる
混合粉末から作製した焼結体についてのみ焼結処理のま
まで優れた機械的特性が得られ、その他の成分の組み合
せの混合粉末から作製したは焼結体については焼結処理
のままでは十分な機械的特性が得られないことを見出し
た。

【００１６】ここで、通常の鉄系焼結体における金属組
織は、合金元素の種類とその含有量、冷却速度、焼結体
の大きさ等により決定されるもので、パーライトやベイ
ナイト、マルテンサイトやオーステナイト等の混合組織
が発現することが知られている。

【００１７】そこで各焼結体について、機械的特性と混
合組織との関係を調査した結果、機械的特性と混合組織
中のマルテンサイト組織の比率との間には明確な相関関
係があり、マルテンサイト組織の比率が高いものほど機
械的特性に優れていることを突き止めた。

【００１８】しかし、現状では、混合組織中のマルテン
サイト組織の比率の厳密な定量化が困難であることか
ら、マルテンサイト組織と密接な関係を有する上部臨界
冷却速度を定量化のための指標として採用した。

【００１９】ここに、上部臨界冷却速度とは、Ａ1変態
が完全に阻止されてベイナイト、ソルバイト、パーライ
ト、トルースタイトのいずれの組織も現出せず、マルテ
ンサイト組織のみが現出する最小の冷却速度のことをい
う。

【００２０】本発明においては、上部臨界冷却速度は以
下の試験方法により求める。すなわち、鋼粉に質量割合
で銅粉：2.0%と黒鉛粉：0.6%とを別途添加混合した混合
粉末を686MPaの成形圧力で加圧成形して圧粉体とし、こ
れを1120℃で30分間加熱して焼結物とする。この焼結物
を機械加工してφ3mm×10mmLの試験片を複数本作製す
る。この試験片を高周波誘導加熱炉で10℃/minの加熱速
度で所定温度まで昇温した後、0.1〜10℃/minの範囲の
一定冷却速度で制御冷却する。この冷却の際における試
験片の膨張・収縮を作動トランスを用いて検出し、試験
片の時間に対する温度変化および長さ変化（膨張・収
縮）から、相変態温度を求める。この操作を冷却速度を
順次変更して繰り返し、各冷却速度における相変態温度
を求める。これをプロットすることによりＣＣＴ（連続
冷却変態曲線）図を作成し、この図より上部臨界冷却速
度を求める。なお、鋼粉への銅粉および黒鉛粉の添加量
を上記のように規定したのは、これらの添加量のとき適
正な機械的特性を有する焼結物が得られることから代表
値として選択したことによる。

【００２１】このようにして定量化した上部臨界冷却速
度と機械的特性との関係について調査・検討した結果、
上部臨界冷却速度が所定値（2.0℃/ｓ）以下となる混合
粉末を用いることにより、焼結のままで必要な機械的特
性が得られることを見出した。

【００２２】すなわち本発明の鉄系混合粉末は、その
成分が上記所定成分範囲であること、混合粉末から焼
結される焼結物の上部臨界冷却速度が所定値（2.0℃/
ｓ）以下であること、の両方の条件を同時に満たすもの
であることを特徴とするものである。

【００２３】また、本発明の鉄系焼結体の製造方法は、
このような混合粉を用いて、上記所定冷却条件でシンタ
ーハードニングを行うことにより、焼結のままで機械的
特性に優れた焼結体が得られることに特徴を有するもの
である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。なお、以下の説明において、「○
○％」は「○○質量％」を意味する。

【００２５】まず、上部臨界冷却速度が2.0℃/s以下の
焼結体とするために、事前に、本発明の規定する成分範
囲において各成分を適宜変更して成分の組み合わせが異
なる混合粉を作製し、それぞれの混合粉を用いて前述し
た方法で上部臨界冷却速度の測定を行い、上部臨界冷却
速度が2.0℃/s以下となる成分の組み合わせを求めてお
く。なお、上部臨界冷却速度を低くすることの技術的困
難性を考慮して、上部臨界冷却速度は、好ましくは0.2
〜2.0℃/sの範囲、少なくとも0.7〜2.0℃/sの範囲のも
のを選択することが推奨される。

【００２６】そして、この成分の組み合わせの一つを選
択し、これに合致するように、以下、鋼粉の成分や添加
物の配合量を定めればよい。

【００２７】鋼粉の成分は、Ni:2.0%以下、Mo:0.5〜2.0
%、Mn:0.25〜0.55%を含み、かつ、Cr+Mn:0.3〜0.65%と
なるCrを含み、残部実質的にFeからなるものから上記で
選択した成分の組み合せを考慮して定める。

【００２８】鋼粉は例えば以下のようにして作製する。
まず溶解炉で上記成分範囲に調整した溶鋼を例えば水ア
トマイズ法によって噴霧粉砕して粉末とし、その粉末を
還元、焼鈍処理した後、さらに機械的に粉砕して所定粒
度（例えば60メッシュ篩下）の鋼粉を得ることができ
る。

【００２９】そして、この鋼粉を主体（90%以上）とし
て、銅粉を0.05%〜3.0%の範囲で、黒鉛粉を0.1〜1.2%の
範囲で、上記選択した成分の組み合わせとなるように添
加して混合器で混合して鉄系混合粉末（以下、単に「混
合粉末」ともいう。）とする。

【００３０】銅粉の代わりに、ニッケル粉を用いてもよ
く、銅粉とニッケル粉とを併用してもよい。

【００３１】必要に応じ、上記に加え、他の合金用また
は物性改善用粉末や、0.05〜1.5％程度の潤滑剤を添加
して混合粉末としてもよく、さらに、結合剤を添加して
混合粉末としてもよい。

【００３２】このようにして調製した混合粉末を金型に
充填し、プレス荷重により300〜1000MPaの成形圧力で圧
粉して（加圧成形して）所定形状の圧粉体（「成形体」
ともいう。）に成形する。

【００３３】この圧粉体を焼結炉で1100〜1300℃の温度
で所定時間加熱して焼結させ、焼結体とする。

【００３４】その後、直ちにこの焼結体に窒素ガス等の
不活性ガスを吹き付けて強制的に冷却する。不活性ガス
の代わりにアンモニア分解ガス、ＲＸガスなど焼結炉の
雰囲気調整用ガスを用いてもよい。冷却に際し、吹き付
けガスの流量等を調整して焼結体の500℃から300℃まで
の平均冷却速度を0.2〜5℃/sとする。これにより、マル
テンサイト主体の組織を有する、機械的特性に優れた鉄
系焼結体が得られる。

【００３５】以上のようにして、本発明の混合粉末を用
いて焼結体を製造することにより、前記従来の問題点を
克服できる。特に、焼結後の冷却速度を速めた条件下
で、焼結体の機械的特性を向上させることができる。さ
らに、酸化しやすいマンガンとクロムを必要最低限の含
有量に抑え、ニッケルとモリブデンを最適含有量に規定
することで、焼結体の組織がマルテンサイト組織主体と
なり、良好な機械的特性が得られる点が特徴である。

【００３６】以下、本発明において成分範囲や製造条件
を規定した根拠を詳細に説明する。

【００３７】Niは、焼入れ性の向上および焼結を促進さ
せる効果があり、鉄系混合粉末には合金用粉末として一
般的に使用される。Niは、Ni粉末またはNi合金粉末をそ
のまま、またはそれらを鋼粉表面に拡散処理して添加し
てもよいが、アトマイズ噴霧前の溶鋼中に添加するいわ
ゆるプレアロイ粉とする方が、焼結後の金属組織が安定
するため、寸法精度や加工性の面で優れているためより
好ましい。Niの添加量を2.0％以下とする根拠は、2.0％
を超えて添加すると残留オーステナイトが増加するため
機械的特性が低下するためと合金コストの上昇を招くた
めである。より好ましい添加量は、1.0〜2.0％である。
この範囲で特に優れた焼入れ性が得られるからである。

【００３８】Moは、Niと同様、焼入れ性を向上させるた
めに添加する一般的な合金元素で、Mo粉末、酸化Mo粉末
またはMo合金粉末をそのまま、あるいはそれらを拡散処
理で添加してもよいが、上記Niと同じ理由によりプレア
ロイ粉で添加することが好ましい。Moの添加量を0.5〜
2.0％とする根拠は、0.5％未満の添加では十分な焼入れ
性の向上効果がなく良好な機械的特性が得られないため
であり、一方、2.0％を超えて添加しても、合金コスト
の上昇のわりには焼結体の機械的特性の向上が見込めな
いためと炭化物析出により強度の低下をもたらすためで
ある。より好ましい添加量は、0.8〜1.5％である。この
範囲で特に優れた焼入れ性が得られるからである。

【００３９】Mnも焼入れ性を向上させる目的で添加する
が、Mnは、上記Ni、Moと同様、鉄粉中に予合金させたプ
レアロイ粉として用いることが好ましい。Mnの添加量を
0.25〜0.55％とする根拠は、以下の通りである。すなわ
ち、0.25％未満の添加では十分な焼入れ性の向上効果が
なく良好な機械的特性が得られないためである。一方、
0.55％を超えて添加すると、予合金させてアトマイズ噴
霧された粉末の還元工程において、Mnの酸化物を効率的
に還元することが困難であるばかりでなく、焼結体を製
造する際に、通常の焼結雰囲気では酸化物を形成してし
まい焼結体の機械的特性を低下させてしまうためであ
る。また、酸化物を形成させないために焼結雰囲気の厳
密な管理を行うと、製造コストの増加を招いてしまう問
題がある。なお、より好ましい添加量は0.3〜0.4％であ
る。

【００４０】CrもMnと同様に焼入れ性を向上させる目的
で添加する比較的安価な粉末であり、鉄粉中に予合金し
てプレアロイ粉として用いるのが好ましい。Crの添加量
をCr＋Mnで0.3〜0.65％とする根拠は、この範囲を外れ
た場合、上記Mnと同様の不具合が発生するためである。
なお、より好ましいCrの添加量は0.3％以下である。

【００４１】銅粉は、圧粉体の焼結中に鋼粉の表面に拡
散させるために一般的に添加される元素である。銅粉自
体の焼入れ性は低いが、銅（Cu）を粉末で添加した場
合、圧粉体（焼結体）内部に局部的にCuが濃縮された部
分ができ、その部分の焼入れ性を向上させる効果があ
る。特に冷却速度を速めて機械的特性を向上させるため
には有効な添加元素である。添加量を0.05〜3.0％に限
定した根拠は、0.05％未満の添加では焼結体の機械的特
性の有効な向上効果が得られないためであり、一方、3.
0％を超える添加では添加量のわりには焼結体の機械的
特性の向上効果が小さいことに加え、寸法精度が悪化す
る問題が発生するためである。銅粉はアトマイズ銅粉、
還元銅粉など製造プロセスの相違や粒径は問わない。ま
た、ニッケル粉も銅粉と同様の作用効果を示すことか
ら、銅粉に代えてニッケル粉を用いてもよく、あるい
は、銅粉の一部をニッケル粉に置き換えて両者を併用し
てもよい。

【００４２】黒鉛粉は焼結体のカーボン（C）源として
添加される。鋼粉中に残存するCは、圧縮性を極端に低
下させるため、黒鉛粉として添加するのが一般的であ
る。黒鉛粉の添加量は、冷却処理後の焼結体に対する熱
処理の有無、焼結体の強度と靭性とのバランス等を考慮
して決定する。0.1％未満の添加では十分な機械的特性
が得られず、1.2％を超えて添加するとセメンタイトが
析出して強度が著しく低下する。したがって黒鉛粉の添
加量を0.1〜1.2％とすることが好ましい。黒鉛粉の添加
量は、さらに好ましくは0.3〜1.0％、特に好ましくは0.
4〜0.8％である。黒鉛粉の粒径は特に限定されないが、
粒径が小さい方が拡散しやすく焼結体の強度が高くなる
ため好ましい。

【００４３】他に添加する合金用または物性改善用粉末
としては、Nb、Vなどの他の合金元素や、MnS粉末、ガラ
ス、タルク、複合酸化物などの被削性改善物質あるいは
流動性改善物質を含む粉末を用いることができる。

【００４４】潤滑剤は、成形用金型と鋼粉、または鋼粉
同士の摩擦低減のため必要に応じ添加することが好まし
い。潤滑剤を添加する場合、潤滑剤の種類や粒径は特に
限定されず、従来法と同様、ステアリン酸亜鉛のような
金属石鹸やエチレンビスアマイドのようなWAX系潤滑剤
を用いることができる。なお、潤滑剤の量が少ないと金
型との磨耗が大きくなり、金型かじり等が発生するた
め、金型に少量の潤滑剤を塗布して成形することで潤滑
性を補いながら成形するいわゆる型潤滑成形を用いるこ
とも推奨される。型潤滑成形を用いる場合の潤滑剤の添
加量の下限は0.05％程度である。一方、1.5％を超えて
添加すると過剰の潤滑剤が圧縮性に悪影響を及ぼすばか
りでなく、圧粉体の充填ばらつきが大きくなるという問
題が発生する。したがって潤滑剤を添加する場合のその
添加量は0.05〜1.5％程度の範囲とすることが好まし
い。

【００４５】結合剤は、鋼粉と、鋼粉に比べて比重や粒
径が著しく小さい黒鉛粉等を混合する際の偏析と発塵を
防止するために添加するもので、黒鉛粉等の均一分散の
効果に加え、流動性改善効果もあるため、必要に応じて
添加することが好ましい。結合剤を添加する場合、液
体、固体を問わず、従来法と同様、0.05〜0.3％程度添
加するのが好ましい。

【００４６】成形圧力の範囲を300〜1000MPaとした根拠
は、以下の通りである。300MPa未満とすると圧粉体の密
度が十分上昇せず機械的特性が低下し、1000MPaを超え
る成形は、金型への負担増やプレス荷重の制限上好まし
くないからである。

【００４７】なお成形方法は、常温成形、温間成形のい
ずれを採用してもよく、また前述した型潤滑方法を採用
しても構わない。

【００４８】焼結温度の範囲を1100〜1300℃とした根拠
は以下の通りである。1100℃未満の温度での焼結は、黒
鉛粉や銅粉の拡散不足や焼結不足により良好な機械的特
性が得られない。一方、1300℃を超える温度での焼結
は、焼結コストが著しく上昇するため好ましくない。

【００４９】なお、焼結に用いられる焼結炉の種類、雰
囲気ガスの種類は特に限定されるものではない。

【００５０】焼結体の500℃から300℃までの平均冷却速
度を0.2〜5℃/ｓとする理由は以下の通りである。0.2℃
/ｓ未満の緩やかな冷却速度では、マルテンサイト組織
の発現が十分でなく、ベイナイトとパーライトの混合組
織が主体となる。したがって、本発明の目的であるシン
ターハードニング特性が得られない。また、5℃/ｓを超
える冷却速度では、金属組織のほとんどが既にマルテン
サイト組織となっているため、製造コストが上昇するわ
りには、機械的特性の改善効果は期待できない。好まし
い冷却速度は0.3〜4℃/ｓ、より好ましい冷却速度は1〜
3℃/ｓである。なお、平均冷却速度として500℃から300
℃までの温度範囲を選択した理由は、焼結体の冷却時に
おける熱膨張曲線から判断して、オーステナイトからマ
ルテンサイトへと相変態する温度が500℃から300℃の範
囲であるからである。なお、冷却速度に及ぼす焼結体の
質量や形状の影響は大きく、質量や形状の相違により冷
却速度は大きく異なる。したがって、本発明で規定する
平均冷却速度は、圧粉体の内部に熱電対を取り付けてお
き、焼結体の冷却中の実測温度に基づいて求めたものと
することが好ましい。

【００５１】なお、上記冷却処理を行った焼結体は、そ
のままでも優れた機械的特性を有するものであるが、必
要に応じてさらに焼戻処理を行ってもよい。

【００５２】

【実施例】（実施例1）まず、高周波溶解炉で表１の試
料番号１〜１１に示すように、溶鋼中のＮｉ、Ｍｏ、Ｍ
ｎ、Ｃｒの成分調整を行い、この溶鋼を水アトマイズ法
によって噴霧粉砕し、粉末とする。その後、この粉末を
還元、焼鈍処理を行った後、機械的に粉砕して60メッシ
ュ篩下を各試料番号の供試鋼粉とする。各試料番号の供
試鋼粉に、2％の銅粉（アトマイズ銅粉、200メッシュ篩
下）、0.6％の黒鉛粉（日本黒鉛製ＪＣＰＢ）、潤滑剤
として0.75％のステアリン酸亜鉛を添加して、Ｖ型混合
機で30分間混合し、混合粉末を作製する。

【００５３】この混合粉末を686MPaの成形圧力で、衝撃
試験用の10mm×10mm×55mm成形体（成形体Ａ）と、引張
試験片加工用の13mm×13mm×90mm成形体（成形体Ｂ）と
にそれぞれ加圧成形して２種類の成形体試験片を作製し
た。各成形体試験片をメッシュベルト焼結炉で窒素雰囲
気中1120℃で30分間焼結させて焼結体（焼結体Ａ、焼結
体Ｂ）とした後、各焼結体表面に4000ｍ³(標準状態)/ｈ
の窒素ガスを吹き付けて強制冷却を行った。この冷却時
に各成形体試験片の中央部に取り付けた熱電対により測
温された結果から算出した、500℃から300℃までの平均
冷却速度は、焼結体Ａで3.0℃/ｓ、焼結体Ｂで1.8℃/ｓ
であった。

【００５４】焼結体Ａについては、その密度を測定した
後、硬度はＨＲＣで表裏各3点測定してその平均値と
し、最後に衝撃試験を実施した。また、焼結体Ｂについ
ては、JIS 14A（平行部φ5ｍｍで標点距離25ｍｍ）の試
験片に加工して引張試験を実施した。なお、それぞれの
試験片のN数は3とした。

【００５５】上部臨界冷却速度の測定は、各資料番号の
供試鋼粉に別途銅粉：2.0%と黒鉛粉：0.6%とを添加混合
した混合粉末を用いて、前述の試験方法により行った。

【００５６】表１に各試料番号の焼結体の上部臨界冷却
速度、密度、硬度、衝撃値および引張強度を示す。

【００５７】本発明の技術的範囲に包含される（成分、
上部臨界冷却速度とも本発明の規定する範囲内である）
試料番号１〜３、５については、焼結体密度が高く、機
械的特性も優れている。これに対し、本発明の技術的範
囲を外れる試料番号４、６〜１１については、焼結体密
度または機械的特性の全部もしくは一部が不十分となる
ことがわかった。すなわち、試料番号４については、成
分は本発明の規定範囲内にあるが、上部臨界冷却速度が
本発明の規定範囲より高く、焼結体中のマルテンサイト
組織の比率が低下したため、硬度と引張強度の低下が顕
著である。また、試料番号６、８については、鋼粉中の
NiまたはMo含有量が規定範囲より高く、鋼粉の圧縮性が
低下したため、焼結体密度の低下が顕著であり、引張強
度の低下も大きい。また、試料番号７については、Mo含
有量が本発明の規定範囲より低く、上部臨界冷却速度が
本発明の規定範囲より高いため、硬度と引張強度が十分
でない。試料番号９〜１１は、MnまたはCrの添加量が本
発明の規定範囲より高いため、焼結中に酸化物を形成し
てしまい、焼結体密度の低下と機械的特性全般の悪化が
認められる。

【００５８】

【表１】

【００５９】（実施例２）実施例１の試料番号３で混合
した2％の銅粉、0.6％の黒鉛粉の代わりに、表２に示す
ように、銅粉と黒鉛粉の添加量を変えて混合粉末を調合
した。他の成形条件、焼結条件等は実施例1と同様とし
た。また、実施例1の試料番号５についても同様の実験
を行った。なお、試料Ｎｏ．１２〜１７は試料Ｎｏ．３
と鋼粉成分が同じであるから、鋼粉に銅粉：2.0%と黒鉛
粉：0.6%とを別途添加混合した混合粉末から得られる焼
結物の上部臨界冷却速度も同じである。試料Ｎｏ．１８
〜２３と試料Ｎｏ．５との関係も同様である。

【００６０】表２の実験結果より、銅粉、あるいは黒鉛
粉の添加がない試料番号１２、１８と、１４、２０（い
ずれも比較材）については、引張強度が低い結果となっ
た。これに対し、銅粉の添加量が2.0%でかつ黒鉛粉の添
加量が0.4〜0.8％と、ともに本発明が規定する適正範囲
の添加量である試料番号３、１５、１６、５、２１、２
２（いずれも本発明品）については、いずれも良好な機
械的特性を示した。しかし、銅粉の添加量を2.0%と適正
値に維持しつつ更に黒鉛粉の添加量を増加して1.3％と
した試料番号１７と２３（ともに比較材）については、
引張強度の著しい低下が認められ、過剰の添加であるこ
とを示している。また、黒鉛粉の添加量を0.6%と適正値
に維持しつつ更に銅粉の添加量を増加して3.5％とした
試料番号１３と１９（ともに比較材）については、衝撃
値の著しい低下が認められ、過剰の添加であることを示
している。

【００６１】

【表２】

【００６２】（実施例３）実施例１の試料番号３におけ
る、焼結体表面に吹き付けて強制冷却させるための窒素
の流量を4000ｍ³(標準状態)/ｈから、吹き付けガスなし
（試料番号２４）、1000ｍ³(標準状態)/ｈ（試料番号２
５）、2500ｍ³(標準状態)/ｈ（試料番号２６）に変え、
冷却速度を変更した。表３に示すように、各流量におけ
る焼結体の500℃から300℃までの平均冷却速度は、試料
番号２４の時、焼結体Ａで0.25℃/ｓ、焼結体Ｂで0.25
℃/ｓであり、試料番号２５の時、焼結体Ａで0.6℃/
ｓ、焼結体Ｂで1.0℃/ｓであり、試料番号２６の時、焼
結体Ａで1.2℃/ｓ、焼結体Ｂで2.0℃/ｓであった。ま
た、実施例1の試料番号５についても同様の実験を行っ
た。

【００６３】表３の実験結果より、強制的に加速冷却さ
せない通常の冷却条件である試料番号２４、２７におい
ても、良好な機械的特性を有するため本発明の技術的範
囲に含むものとする。また、表３より明らかなように、
本発明の規定する５００℃から３００℃までの平均冷却
速度の範囲内で、この平均冷却速度を上昇させることに
より機械的特性のさらなる改善効果が認められる。

【００６４】

【表３】

【００６５】

【発明の効果】本発明により、容易かつ低コストで機械
的特性に優れた鉄系焼結体が得られる、鉄系混合粉末お
よびその混合粉末を用いた鉄系焼結体の製造方法を提供
することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量割合で、鋼粉：90%以上と、銅粉及
びニッケル粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の
粉：0.05%〜3.0%と、黒鉛粉：0.1〜1.2%とを含む鉄系混
合粉末であって、前記鋼粉が、質量割合で、Ni:2.0%以
下、Mo:0.5〜2.0%、Mn:0.25〜0.55%を含み、かつ、Cr+M
n:0.3〜0.65%となるCrを含み、残部実質的にFeからな
り、かつ、当該鋼粉に、質量割合で、銅粉：2.0%と黒鉛
粉：0.6%とを別途混合してなる混合粉末から得られる焼
結物の上部臨界冷却速度が、2.0℃/s以下であることを
特徴とする鉄系混合粉末。
【請求項２】前記鋼粉中のNi含有量が、1.6〜2.0%で
ある請求項１に記載の鉄系混合粉末。
【請求項３】前記鋼粉中のCr含有量が、0.3%以下であ
る請求項１又は２に記載の鉄系混合粉末。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄
系混合粉末を300〜1000MPaの成形圧力で加圧成形して圧
粉体とし、この圧粉体を1100〜1300℃の温度で焼結させ
て鉄系焼結体とし、この鉄系焼結体を、500℃から300℃
までの平均冷却速度が0.2〜5℃/sとなるように冷却する
ことを特徴とする鉄系焼結体の製造方法。