【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は剛性を要求されるエンジン部品に関し、詳しくは、硬質粒子を分散させた複合焼結鋼の中空部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、内燃機関やモータ等においては、振動や騒音を低減するために可動部品の剛性を高めることが望まれている。特に、内燃機関に使用するピストンピンは、燃焼爆発の圧力をピストンの頂面を介して受けるため、高い剛性と疲労強度と軽量化が要求されている。その手段として、可動部品の材料を硬質粒子として硼化物や炭化物を含有し鉄もしくは鋼をマトリックスとした複合焼結鋼とすることが提案されている。しかし、この複合焼結鋼の中空形状をＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ：高温等方圧加圧法）で焼結すると大きく変形し、製品形状に仕上げるために多くの取代を必要とする。
【０００３】
そして、焼結の状態では微細な気孔が残存しており、疲労強度や剛性が材料組成から期待される値を発揮できないので、密度を高めるため押出し加工を行うが、中実形状では中心部は真密度になるが外周部は十分な密度にならない。そのため、その押出し材料の中心部を穴あけ加工を施して中空部材を作成しても、その疲労強度や剛性は十分なものにならない。また、複合焼結鋼は炭化物や硼化物等の硬質粒子を含有するため、切削や研削の被削性が悪く生産性が悪いことと、特殊な仕上げ加工を必要とし、加工費の増大を招く（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０７６２２号公報（第３頁、［実施例１］参照）
【０００５】
次に、ピストンピンはピストンとの摺動面を大きく取るため、外径を極力大きく設定する。それによる質量増加を防ぐため中空構造を採用する。したがって、剛性の高い材料を採用することにより、外径を大きくし肉厚を薄くすることが望まれる。薄肉中空部材を焼結で形成すると軸方向の中央部分で中凹みに変形するため、所定の製品寸法を得ようとすると、変形量を見込んだ多大な取代が必要になり、高剛性のピストンピンの製造費用は極めて高価となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことを鑑み本発明が解決しようとする課題は、炭化物や硼化物などの硬質粒子を含有する複合焼結鋼からなり、高剛性な中空部材を安価に提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題の解決を目的としてなされた請求項１の発明は、硬質粒子として硼化物、炭化物、窒化物の内の少なくとも１種を含有した鉄もしくは鋼をマトリックスとする複合焼結鋼において、原料粉末を軟鋼などの被削性によい材料でできた鍔付き中子を芯にして成形し焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したことを特徴とする。ここでいう硬質粒子とは金属の硼化物、炭化物、窒化物、珪化物の少なくとも何れか一種で、具体的にはＭｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＳｉとＢ、Ｃ、Ｎとの組合せからなる硼化物、炭化物、窒化物である。
【０００８】
【作用】
上述のように、請求項１の発明においては、軟鋼等の被削性によい材料の鍔付きの中子を入れて焼結を行う。これは、硼化物や炭化物などの硬質粒子を含有した複合焼結鋼では、ドリル摩耗が著しく穴あけ加工が非常に困難であるため、中空加工を容易にするためである。ドリルによる穴あけだけでなく冷間鍛造機などで打ち抜いてもよい。そして、原料粉末を中空形状に成形して焼結すると軸方向の中央部で中凹みに変形するため、所定の製品寸法を得ようとすると変形量を見込んだ多大な取代が必要になるが、中子を入れることによりこの中凹みを防止する作用もある。
【０００９】
また、本発明の複合焼結鋼の疲労強度や剛性を高めるため焼結材に押出し加工を施す。その時、焼結材の中心部に中子があるため、焼結部は押出し型と中子に挟まれて押出しによる応力を受けた圧縮成形となり、密度が真密度まで高められる。この場合、押出し加工の押出し比は、経験から５以上が望ましい。５未満では微細な気孔が残存し、所定の疲労強度や剛性が得られない。なお、中子の直径は焼結体の外径の５０％以上であるのが望ましい。５０％未満では圧縮成形の効果が少なく真密度に達しない場合がある。また、押出し時に押出しきれない最終部分が押し残りとして焼結材の径で残り、この部分は切り落とされる。この押し残りの部分に中子の鍔部をあてがうことにより、切り捨てられる部分を高価な複合焼結鋼ではなく、安価な軟鋼にするためである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る中空部材を製造するための工程図である。図１（ａ）の第１工程において、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼粉末（−＃３３０）と二硼素チタン（平均粒径４μｍ）とを、Ｆｅ−１７Ｃｒ−４．３Ｔｉ−１．９Ｂという組成になるよう混合された混合粉末１を、ダイ４と軟鋼（例えば、Ｓ１０Ｃ）でできた鍔部２ａを有する直径３６ｍｍの中子２とで形成された空間に充填し、パンチ３を用いて加圧し、中子と一体になった粉末成形体５を製作する。
【００１１】
次に、図１（ｂ）の第２工程において、粉末成形体５を、１１００℃で１時間かけて真空焼結を行い外径φ６０ｍｍの焼結体６を製作する。次に、図１（ｃ）の第３工程において、焼結体６を１１００℃に加熱し、押出し比９で押出し加工を実施する。この時に、押出しの押し残り２ｂが中子２の鍔部２ａの部分で形成するようにする。この時、外径はφ２０ｍｍ、中子の直径はφ１２ｍｍとなる。次に、図１（ｄ）の第４工程において、押出し材を所定の長さに切断し、穴あけと機械加工を施し、穴１ａを完成させる。
【００１２】
次に、本発明品の中空部材と、前記第１工程で中子を使用せず中実形状の焼結材を押出しした後穴あけで外径φ２０ｍｍ、内径φ１２ｍｍの中空部材に加工した比較例について密度を測定し、その結果を図２に示す。本発明品は真密度になっており所定の密度が得られたが、比較例の方は十分な密度になっていない。この結果から本発明品の優位性が明らかである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。すなわち、原料粉末を軟鋼などの被削性によい材料でできた鍔付き中子を芯にして成形し、焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したので、安定した高い疲労強度と剛性を有する複合焼結鋼の中空部材が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る中空部材を製造するための第１工程図である。
図１（ｂ）はその第２工程図である。
図１（ｃ）はその第３工程図である。
図１（ｄ）はその第４工程図である。
【図２】本発明品と比較例との密度の測定結果を示す一覧表である。
【符号の説明】
１ 混合粉末
２ 中子
２ａ 鍔部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine component requiring rigidity, and more particularly, to a hollow member of composite sintered steel in which hard particles are dispersed.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in internal combustion engines and motors, it has been desired to increase the rigidity of movable parts in order to reduce vibration and noise. In particular, a piston pin used in an internal combustion engine receives the pressure of a combustion explosion via the top surface of the piston, and is required to have high rigidity, fatigue strength, and light weight. As a means therefor, it has been proposed to use a composite sintered steel containing boride or carbide as a material of the movable part as hard particles and containing iron or steel as a matrix. However, when the hollow shape of the composite sintered steel is sintered by HIP (Hot Isostatic Pressing), a large deformation is required, and a large amount of allowance is required to finish the product shape.
[0003]
In the sintered state, fine pores remain, and the fatigue strength and rigidity cannot be as expected from the material composition, so extrusion is performed to increase the density, but in the case of a solid shape, the central part is The density becomes true, but the outer peripheral portion does not have a sufficient density. For this reason, even if a hollow member is formed by making a hole in the center of the extruded material, the fatigue strength and rigidity thereof are not sufficient. In addition, since composite sintered steel contains hard particles such as carbides and borides, the machinability of cutting and grinding is poor and the productivity is poor, and special finishing is required, resulting in an increase in processing costs. (For example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-207622 (refer to page 3, [Example 1])
[0005]
Next, the outer diameter of the piston pin is set as large as possible in order to increase the sliding surface with the piston. A hollow structure is adopted to prevent an increase in mass due to this. Therefore, it is desired to increase the outer diameter and reduce the wall thickness by using a material having high rigidity. If a thin hollow member is formed by sintering, it will be deformed into a hollow at the center part in the axial direction, so when trying to obtain a predetermined product size, a large allowance for the amount of deformation is required, and a highly rigid piston pin Is extremely expensive to manufacture.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the problem to be solved by the present invention is to provide a highly rigid hollow member made of composite sintered steel containing hard particles such as carbides and borides at low cost. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a composite sintered steel having a matrix of iron or steel containing at least one of boride, carbide and nitride as hard particles. Is formed using a core with a flange made of a material having good machinability such as mild steel as a core, sintered, extruded, and then drilled and finished. The hard particles referred to herein are at least one of a metal boride, carbide, nitride, and silicide, and specifically, Mo, Ti, W, Ta, Nb, V, Zr, Cr, Si, B, Borides, carbides, and nitrides in combination with C and N.
[0008]
[Action]
As described above, in the invention of claim 1, sintering is performed by inserting a flanged core made of a material having good machinability such as mild steel. This is because in a composite sintered steel containing hard particles such as boride and carbide, drill wear is remarkable and drilling is extremely difficult, so that hollow processing is facilitated. Not only drilling but also cold punching may be used. Then, when the raw material powder is formed into a hollow shape and sintered, it is deformed into a hollow at the center in the axial direction, so a large allowance for the amount of deformation is required to obtain a predetermined product size, Inserting the core also has the effect of preventing this hollow.
[0009]
The sintered material is extruded to increase the fatigue strength and rigidity of the composite sintered steel of the present invention. At that time, since the core is located at the center of the sintered material, the sintered portion is compressed and formed by being pressed between the extrusion die and the core and subjected to the stress caused by the extrusion, thereby increasing the density to the true density. In this case, the extrusion ratio of the extrusion is preferably 5 or more from experience. If it is less than 5, fine pores remain, and predetermined fatigue strength and rigidity cannot be obtained. The core preferably has a diameter of 50% or more of the outer diameter of the sintered body. If it is less than 50%, the effect of compression molding is so small that it may not reach the true density. Further, a final portion which cannot be completely extruded at the time of extrusion is left as an unpressed portion with a diameter of the sintered material, and this portion is cut off. By applying the flange of the core to the remaining portion, the portion to be cut off is made of inexpensive mild steel instead of expensive composite sintered steel.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram for manufacturing a hollow member according to one embodiment of the present invention. In the first step of FIG. 1A, SUS430 stainless steel powder (-# 330) and titanium diboron (average particle size: 4 μm) are mixed so as to have a composition of Fe-17Cr-4.3Ti-1.9B. The mixed powder 1 is filled in a space formed by a die 4 and a core 2 having a diameter of 36 mm and having a flange 2a made of mild steel (for example, S10C). Then, a powder compact 5 integrated with the above is manufactured.
[0011]
Next, in the second step of FIG. 1B, the powder compact 5 is vacuum-sintered at 1100 ° C. for 1 hour to produce a sintered compact 6 having an outer diameter of 60 mm. Next, in a third step of FIG. 1C, the sintered body 6 is heated to 1100 ° C. and extruded at an extrusion ratio of 9. At this time, the unpressed portion 2b of the extrusion is formed at the flange portion 2a of the core 2. At this time, the outer diameter is φ20 mm, and the core diameter is φ12 mm. Next, in the fourth step of FIG. 1D, the extruded material is cut into a predetermined length, and drilling and machining are performed to complete the hole 1a.
[0012]
Next, the hollow member of the present invention and a comparative example in which a solid-shaped sintered material was extruded without using a core in the first step, and then formed into a hollow member having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 12 mm by drilling. The density was measured and the result is shown in FIG. The product of the present invention had a true density and a predetermined density was obtained, but the density of the comparative example was not sufficient. From these results, the superiority of the product of the present invention is apparent.
[0013]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects because it is configured as described above. That is, since the raw material powder was molded with a flanged core made of a material having good machinability such as mild steel as a core, sintered, extruded, and then drilled and finished, A hollow member of composite sintered steel having stable high fatigue strength and rigidity can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a first process chart for manufacturing a hollow member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a second process diagram.
FIG. 1C is a third process diagram.
FIG. 1D is a fourth process diagram.
FIG. 2 is a list showing measurement results of densities of the product of the present invention and a comparative example.
[Explanation of symbols]
1 mixed powder 2 core 2a flange
