JP2006348335A - 粉末冶金用鉄基混合粉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鉄基粉末と合金用粉末と切削性改善用粉末と潤滑剤とを混合した鉄基混合粉であって、鉄基粉末を、S:0.04〜0.2%、Mn:0.05〜0.5%、あるいはさらにSi:0.01〜0.1%を含み残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ全MnS粒子数のうち5%以上の粒子が酸素を含有するMnS粒子として析出した組織を有するアトマイズ鉄粉とし、切削性改善用粉末として、リン酸カルシウム粉および/またはヒドロキシアパタイト粉とする。切削性改善用粉末の含有量は、鉄基粉末、合金用粉末および切削性改善用粉末の合計量に対し0.1〜2.0質量%とする。これにより、焼結体の切削性が向上する。なお、リン酸カルシウム粉を、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウムおよびリン酸二水素カルシウムのうちから選ばれた1種または2種以上とすることが好ましい。
【選択図】 なし
Description
また、特許文献2には、0.15〜0.5重量%のSと、該S量と平衡なMnに加えてさらに0.3重量%以下の過剰量に当たるMnとを含む快削鋼粉が提案されている。
まず、本発明者らは、MnとSを含むアトマイズ鉄粉により製造された焼結体の切削性があまり向上しない原因を鋭意検討した。従来、溶製材のS快削鋼においては、被削性向上のために、MnSの組成、とくに酸素含有量が、またMnSの形態が重要であり、AISI1200シリーズでは取鍋での酸素量の制御を行うとともに、凝固中にMnSの形態を丸くすることが知られている(例えば第96回西山記念講座、昭和59年2月16日、日本鉄鋼協会、p107)。
さらに本発明者らは、切屑を微細化する作用を有する微細なMnS粒子を鉄粉中に析出させることに加えてさらに、切削性改善用粉末としてリン酸カルシウムおよび/またはヒドロキシアパタイトを鉄粉に添加することにより、MnSのみが析出した鉄粉に比べて、機械的特性の劣化を伴うことなく、切削性が顕著に改善されることを知見した。この切削性向上の正確な機構については、現在までのところ明確になっていないが、本発明者らは、つぎのように考えている。
また、本発明は、上記した粉末冶金用鉄基混合粉を、加圧成形し、さらに焼結してなる鉄基焼結体である。
本発明で使用する鉄基粉末は、質量%でS:0.04〜0.2%、Mn:0.05〜0.5%、あるいはさらにSi:0.01〜0.1%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ全MnS粒子数のうち5%以上の粒子が酸素を含有するMnS粒子として析出した組織を有するアトマイズ鉄粉とする。
S:0.04〜0.2%
Sは、MnS析出粒子の源として含有する。S含有量が0.04%未満では、MnS析出量が少なく、切削性の向上が認められず、また同時にMnS析出粒子の焼結処理中にγ結晶粒成長に対するピンニング効果が現れず、組織が粗大化し、強度も低下する。一方、0.2%を超えて含有すると、効果が飽和し、更なる切削性の向上が認められないうえ、圧縮性が低下する。このため、鉄粉中のSは0.04〜0.2%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.15%である。
Mn:0.05〜0.5%
Mnは、MnSのMn源として含有する。Mn含有量が、0.05%未満ではMnSの量が少なく、切削性の向上が認められない。一方、0.5%を超える含有は、圧縮性が低下する。このため、Mnは0.05〜0.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.4%である。
Siは、MnSの析出サイトのSiO2源としてMnS粒子を均一、微細に分散させるため、必要に応じて含有できる。Si含有量が、0.01%未満ではMnSが焼結体内に均一に分散せず、切削性の顕著な向上が認められない。一方、0.1%を超える含有は、SiO2が単独で焼結体内に析出し切削性が低下する。このため、Siは0.01〜0.1%の範囲に限定することが好ましい。
上記した組成に加えてさらに、本発明で鉄基粉末として使用するアトマイズ鉄粉は、MnS粒子が析出した組織を有する。そして、MnS析出粒子は、仕上還元後で全MnS粒子数のうち5%以上の粒子が酸素を含有するものとする。これにより、切削性が顕著に改善される。酸素を含有するMnS析出粒子が5%未満では、球状析出物が減少するため、切削性の改善が認められない。
本発明の粉末冶金用鉄基混合粉は、切削性改善用粉末として、リン酸カルシウム粉および/またはヒドロキシアパタイト粉を含有する。
リン酸カルシウムには、リン酸三カルシウム(Ca3(PO4)2)、リン酸一水素カルシウム(CaHPO4あるいはCaHPO4・2H2O)、リン酸二水素カルシウム(Ca(H2PO4)2あるいはCa(H2PO4)2・H2O))があるが、本発明ではいずれも好適に使用できる。なかでもリン酸三カルシウム(Ca3(PO4)2)とリン酸一水素カルシウム(CaHPO4あるいはCaHPO4・2H2O)を用いるのが好ましい。
本発明の粉末冶金用鉄基混合粉では、含有させる切削性改善用粉末は合計で、鉄基粉末、合金用粉末および切削性改善用粉末の合計量に対し質量%で0.1〜2.0%とする。切削性改善用粉末の合計の含有量が、0.1質量%未満では、切削性の顕著な向上が認められない。一方、2.0質量%を超えると、圧縮性の低下、圧壊強さの低下が顕著となり好ましくない。このようなことから、切削性改善用粉末の含有量は合計で、鉄基粉末、合金用粉末および切削性改善用粉末の合計量に対し質量%で0.1〜2.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは鉄基粉末と合金用粉末と切削性改善用粉末との合計量に対し0.5〜1.5質量%である。なお、リン酸三カルシウム(Ca3(PO4)2)を単独で用いた場合には、含有量は0.1〜0.6質量%の範囲とすることが好ましい。
また、鉄基混合粉に含有される合金用粉末としては、黒鉛粉、銅粉等が例示でき、所望の製品特性に応じ選定し所定量含有することが好ましい。
本発明の鉄基混合粉は、上記した鉄基粉末に、上記した合金用粉末、切削性改善用粉末、さらに潤滑剤を所定量配合して、Vブレンダ、ダブルコーンブレンダ等の通常公知の混合機を用いて一度に、あるいは二回以上に分けて混合し鉄基混合粉とすることが好ましい。なお、鉄基粉末の一部または全部を、合金用粉末および/または切削性改善用粉末が結合材により表面に固着させる偏析防止処理を施した鉄基粉末としてもよい。このような鉄基粉末を用いることにより、より偏析が少なく、流動性に優れた鉄基混合粉とすることができる。
なお、本発明では、結合材の含有量は、鉄基粉末と合金用粉末と切削性改善用粉末との合計量100質量部に対し0.05〜2.0質量部とすることが好ましい。0.05質量部未満では、合金用粉末の偏析防止効果が認められない。一方、2.0質量部を超えて含有すると、鉄基混合粉の充填性が低下するし、成形体の密度が低下する。
また、本発明の鉄基混合粉は、一般の粉末冶金における工法を適用し、機械部品の製造に供することができる。具体的には、本発明の鉄基混合粉を、金型に充填し圧縮成形したのち、必要に応じサイジング等の処理を施して、焼結処理を施し焼結体とする。焼結体にさらに、浸炭焼入れ、光輝焼入れ、高周波焼入れ等の熱処理を施し、製品とする。なお、切削加工等の加工を随時施し、所望の寸法の製品とすることは言うまでもない。
これら鉄基粉末に含まれるMnとSを含む介在物(MnS析出粒子という)について、酸素の有無を調査した。仕上還元後のこれら鉄基粉末を樹脂に埋込み、研磨したのち、EPMA分析にて粒子断面のMn、S、Oを分析しマッピング像としたのち、画像処理により各元素のマッピング像を重ね合わせて、各MnS粒子について酸素含有の有無を判定した。測定したMnS粒子数は300個とした。測定した全MnS粒子に占める酸素を含有するMnS粒子の比率(%)を表1に併記した。
リング状試験片A(外径35mmφ×内径14mmφ×高さ10mm)は、圧壊試験用とし、リング状試験片B(外径60mmφ×内径20mmφ×高さ25mm)は、旋削試験用とした。
ついで、これら成形体をRXガス(32vol%H2−24vol%CO−0.3vol%CO2−残部N2)雰囲気中でメッシュベルト炉を使用し、1130℃×20minで焼結し焼結体とした。得られた焼結体について、圧壊試験、旋削試験を実施した。
また、旋削試験は、リング状試験片Bの焼結体を3個重ねて長さ75mmの円筒状とし、この側面を超硬性チップ(三菱マテリアル社製:HTi05T,ノーズ半径0.4mm)を用いて切削し、横逃げ面の磨耗深さが0.5mmに達するまでに旋削した距離を用いて焼結体の切削性を評価した。旋削条件は、切削速度92m/min、送り量0.03mm/rev、切込深さ0.89mmとした。なお、横逃げ面の磨耗形態を模式的に図1に示す。なお、10000m施削後に、一旦試験を中断して、試験片の切削面を接触式表面粗さ計を用いて、JIS B 0601−2001の規定に準拠して、試験片切削面の表面粗さRzを測定した。
Claims (5)
- 鉄基粉末と、合金用粉末と、切削性改善用粉末と、さらに潤滑剤とを混合してなる鉄基混合粉であって、前記鉄基粉末を、質量%でS:0.04〜0.2%、Mn:0.05〜0.5%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ全MnS粒子数のうち5%以上の粒子は酸素を含有するMnS粒子として析出した組織を有するアトマイズ鉄粉とし、前記切削性改善用粉末はリン酸カルシウム粉および/またはヒドロキシアパタイト粉とし、鉄基粉末、合金用粉末および切削性改善用粉末の合計量に対し0.1〜2.0質量%を含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記アトマイズ鉄粉が、前記組成に加えてさらに質量%で、Si:0.01〜0.1%を含有することを特徴とする請求項1に記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記リン酸カルシウム粉を、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウムおよびリン酸二水素カルシウムのうちから選ばれた1種または2種以上とすることを特徴とする請求項1または2に記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記切削性改善用粉末が、平均粒径:1〜20μmの粉末であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記鉄基粉末の一部または全部が、前記合金用粉末および/または切削性改善用粉末を結合材により表面に固着してなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
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