JP2010529302A - 鉄系粉末及びその組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
− 圧縮及び焼結焼入された要素を製造するのに適した、新規な鉄系粉末(iron−based powder)並びに/又はその粉末組成物を提供すること、
− 未焼結段階と焼結された段階との間に有する寸法変化が小さい焼結製品を製造するのに適した、新規な鉄系粉末及び/又はその粉末組成物を提供すること、
− 炭素含有率の変化からの寸法変化への影響ができるだけ少ない、新規な鉄系粉末及び/又はその粉末組成物を提供すること、
− 鉄系合金粉末が、鉄系合金粉末を安価な屑から製造することを可能にする0.45重量%以下のMnを含む、新規な鉄系粉末及び/又はその粉末組成物を提供することである。
本発明の鉄系合金粉末を、上述の組成の合金要素Ni、Mo及びMnを有するように調製された鋼溶融物に任意の既知の水噴霧法(water atomising method)を受けさせることにより、容易に製造することができる。
Moは、焼入性の改善により、並びに固溶硬化及び析出硬化にもより、鋼の強度を改善するように作用する。十分な量のマルテンサイトが通常の冷却速度で形成されるのを確実にするために、Moの量は、0.75〜1.1重量%の範囲内であるべきことが見出されている。しかし、好ましくは、Moの含有率は、十分な量のマルテンサイトが通常の冷却速度で形成されるのを確実にするために、0.8重量%超、より好ましくは0.85重量%超である。
Niは、強度及び延性を増大させるために、P/M鋼に加えられる。Niの添加により、鋼の焼入性も増大する。0.75重量%未満のNiの添加は、機械的特性に不十分な影響を有する一方で、1.1重量%を上回る添加によっては、鋼の所期の用途にいかなるさらなる改善をも加えられない。
Mnは、焼入性を改善することにより、及び固溶硬化により、鋼の強度を改善する。しかし、Mnの量がフェライトを上回る場合、固溶硬化により硬度が増し、粉末の圧縮性を低下させる。圧縮性の減少はほとんど無視できるので、0.45重量%以下のMn量を受け入れることができ、Mnの量が0.35重量%未満であることが好ましい。Mnの量が0.08%未満であったとしても、鋼の製造の途中でMnを減少させるための特定の処理を行わない限り、通常0.08%を上回るMn含有率を有する安価な再生利用された材料を用いることは不可能である。したがって、本発明に係る好ましいMn量は0.09〜0.45%である。
鉄系合金粉末中のCが、0.02重量%以下、好ましくは0.01重量%以下であるのは、Cが、侵入型の固溶硬化によりフェライトマトリックスを硬化させるように作用する要素であるからである。Cの含有率が、0.02重量%を超える場合、粉末はかなり硬化され、低すぎる圧縮性につながる。
Oの量は、0.25重量%を超えるべきではなく、Oの含有率は、0.2重量%まで、最も好ましくは0.15重量%までに制限されるのが好ましい。
鉄系合金粉末中の不可避の不純物の総量は、全体で0.5重量%を超えるべきではない。
銅粒子は、焼結温度に達して拡散速度を増大させ湿潤により焼結ネックを作り出す前に溶融するので、微粒の銅は、P/M工業においてしばしば用いられる。Cuの添加により、要素の強度も増大する。好ましくは、銅は、鉄系粉末に結合して、銅の不規則な分布と要素における特性の変化につながることがある、組成物中の偏析を回避するが、鉄系粉末にCuを混合することも可能である。Cu粒子又はCu酸化物粒子を鉄系粉末に拡散焼きなまし(diffusion annealing)する任意の既知の方法を、有機バインダーによりCu粒子を鉄系粉末に結合するのと同様に適用することができる。Cuの量は、0.5〜3.0重量%の間、好ましくは0.5〜2.5重量%の間、より好ましくは0.5〜2.0重量%であるべきである。
グラファイトは、通常、機械的特性を改善するためにP/Mの組成物に添加される。グラファイトは、焼結体中の酸化物量を減少させ、さらに、機械的特性を向上させる還元剤としても作用する。焼結製品中のCの量は、鉄系合金粉末組成物に加えられたグラファイト粉末の量により決定される。焼結された要素の十分な特性を達成するために、グラファイトの量は、組成物の0.4〜0.9重量%、好ましくは0.5〜0.9重量%であるべきである。
潤滑剤を、圧縮されるべき鉄系合金粉末組成物に加えることもできる。周囲温度で用いられる潤滑剤の代表的な例は、Kenolube(登録商標)、エチレン−ビス−ステアラミド(EBS)、Zn−ステアレート等の金属ステアレート、オレイン酸アミド等の脂肪酸誘導体、ステアリン酸グリセリル、及びポリエチレンワックスである。高温で用いられる潤滑剤(高温潤滑剤)の代表的な例は、ポリアミド、アミドオリゴマー、ポリエステルである。添加される潤滑剤の量は、通常、組成物の1重量%以下である。
本発明に従って、場合によって用いられ得る他の添加剤には、硬質相材料、機械加工性改善剤及び流動性向上剤が挙げられる。
圧縮は、周囲温度又は高温において2000MPa以下の圧力での一軸で圧縮する操作で行われ得るが、通常、圧力は、400から800MPaの間で変化する。
圧縮及び焼結された試料間の寸法変化を、SS−EN10002−1に従って、引張強さと同様に測定し、EN ISO6507−1に従って、10グラムの荷重でのマイクロビッカース硬度を測定した。
表2:通常の冷却速度を受けさせた、寸法変化、引張試験及び硬度試験の試料の測定からの結果
圧縮及び焼結された試料間の寸法変化は、+−0.35%未満、好ましくは+−0.3%未満、より好ましくは0.2%未満であるべきである。
好ましくは、引張強さは、急速冷却及び焼き戻しを受けた場合、900MPa超、より好ましくは920MPa超であるべきである。
Claims (17)
- Ni0.75から1.1重量%、
Mo0.75から1.1重量%、及び
Mn<0.45重量%
の含有率で、Ni及びMoとともに予備合金化され、さらに、0.5から3.0重量%、好ましくは0.5から2.5重量%、最も好ましくは0.5から2.0重量%のCuと、不可避の不純物とを含み、残分がFeである、水噴霧された鉄系粉末。 - Moの含有率が、0.8重量%超、好ましくは0.85重量%超である、請求項1に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Mnの含有率が、0.35重量%未満である、請求項1又は2に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Cuの少なくとも一部又は総量が、Ni及びMoと合金化されたFe粉末の表面に拡散結合された、請求項1から3までのいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- すべてのCuが、Ni及びMoと合金化されたFe粉末の表面に拡散結合された、請求項4に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Cuの全量の少なくとも一部が、結合剤により、Ni及びMoと合金化されたFe粉末の表面に結合された、請求項1から4までのいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- すべてのCuが、結合剤により、Ni及びMoと合金化されたFe粉末の表面に結合された、請求項6に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Cuの少なくとも一部又は総量が、Ni及びMoと合金化されたFe粉末に混合された、請求項1から4及び6のいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- すべてのCuが、Ni及びMoと合金化されたFe粉末に混合された、請求項8に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Ni及びMoと合金化されたFe粉末中のC含有率が0.02重量%以下である、請求項1から9までのいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- Ni及びMoと合金化されたFe粉末中のO含有率が0.25重量%以下、好ましくは0.2重量%以下、より好ましくは0.15重量%以下である、請求項1から10までのいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末。
- 請求項1から11までのいずれか一項に記載の水噴霧された鉄系粉末と、0.4から0.9重量%、好ましくは0.5から0.9重量%の量のグラファイトと、潤滑剤と、任意に他の添加剤とを含む、合金化された鉄系粉末組成物。
- 請求項1に記載の水噴霧された鉄系粉末と、0.4から0.9重量%、好ましくは0.5から0.9重量%の量のグラファイトと、潤滑剤と、任意に他の添加剤とを含有し、グラファイト、潤滑剤、及び任意に含有される他の要素の少なくとも1種が、Ni及びMoと合金化されたFe粉末の表面に結合された、合金化された鉄系粉末組成物。
- a.請求項12又は13に記載の粉末冶金組成物を提供すること、
b.上記粉末冶金組成物を圧縮すること、及び
c.還元又は中性の雰囲気中で、大気圧以下で、及び1000℃を上回る温度で、上記の圧縮された粉末冶金組成物を焼結すること
を含む、要素の製造方法。 - b)において、圧縮圧力が、2000MPa以下、好ましくは、400から800MPaの範囲内の圧縮圧力である、請求項14に記載の方法。
- c)において、焼結温度が、1000℃から1400℃の温度範囲で、好ましくは、1050℃から1200℃の温度範囲で行われる、請求項14又は15に記載の方法。
- 請求項11又は12に記載の、合金化された鉄系粉末組成物から製造される、焼結された要素。
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