JP2012122127A - 鉄基焼結鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の鉄基焼結鋼材は、Feを主成分とする原料粉末を加圧成形した成形体を焼結させた焼結体からなる鉄基焼結鋼材であって、全体を100質量%としたときに、0.05〜0.6質量%のVと、0.1〜1.0質量%のCと、残部であるFeおよび不可避不純物とからなることを特徴とする。本発明の鉄基焼結鋼材は、Vが少量なため、焼結時間が短くても基地中に拡散し易く、フェライト相とパーライト相が全体的に細粒化した金属組織を呈する。この結果、本発明の鉄基焼結鋼材は、低コストでありながら、従来と同等以上の優れた機械的特性を発現し得る。
【選択図】図3A
Description
(1)本発明の鉄基焼結鋼材は、Feを主成分とする原料粉末を加圧成形した成形体を焼結させた焼結体からなる鉄基焼結鋼材であって、全体を100質量%としたときに、0.05〜0.6質量%のVと、0.1〜1.0質量%のCと、残部であるFeおよび不可避不純物と、からなることを特徴とする。
本発明は上述の鉄基焼結鋼材のみならず、その製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、原料粉末を加圧成形した成形体を得る成形工程と、該成形体を酸化防止雰囲気で加熱して焼結体を得る焼結工程とを備え、上述の鉄基焼結鋼材が得られることを特徴とする鉄基焼結鋼材の製造方法でもよい。
(1)本明細書でいう「不可避不純物」は、原料粉末中にまたは鉄基焼結鋼材中に含まれるFe、C、V、Mo、MnおよびSi以外の元素である。このような元素は種々あり、元素の種類により含有許容量(上限値)は異なる。
P パーライト相
(1)本発明の鉄基焼結鋼材は、原料粉末の成形体を焼結させてなる。この原料粉末は単種の粉末でも複数種の粉末からなる混合粉末でもよい。原料粉末が混合粉末である場合、純鉄粉、低合金鋼粉、バナジウム炭化物粉、モリブデン炭化物粉、グラファイト(Gr)粉、Fe−Mn−Si合金粉(FeMS粉)、Fe−Mn−Si−C合金粉(FeMSC粉)等を用いて、鉄基焼結鋼材の所望組成に配合される。
本発明の鉄基焼結鋼材は、主に成形工程と焼結工程を経て得られる。以下、これら工程について説明する。
成形工程は、上述の原料粉末を加圧成形した成形体を得る工程である。成形圧力の調整により、成形体密度(ひいては鉄基焼結鋼材の密度)を調整し得る。この成形圧力は、例えば、400MPa以上、500MPa以上、600MPaさらには700MPa以上と高くなるほど、成形体ひいては鉄基焼結鋼材の高密度化を図れる。成形工程は、冷間成形(室温成形)でも温間成形でも良い。また、原料粉末中に内部潤滑剤を添加しても良い。なお、本明細書では、内部潤滑剤を原料粉末に含めて考える。
焼結工程は、成形体を加熱して焼結体を得る工程である。焼結温度および焼結時間は、鉄基焼結鋼材の所望特性、生産性等を考慮して適宜選択されるが、それらが過大ではエネルギーコストが増大し、それらが過小では機械的特性の確保が困難となる。焼結温度は、例えば、1050℃〜1350℃以上さらには1100〜1300℃が好ましい。焼結時間は、例えば、0.1〜3時間さらには0.3〜1時間であると好ましい。
高温の焼結体を急冷する冷却工程を行ってもよい。これにより焼結体は焼入れ(シンターハードニング)され、さらに高強度化し得る。この工程は焼結工程に続けて行うと効率的である。具体的には次の通りである。
(1)本発明の鉄基焼結鋼材は、要求仕様に応じて、焼鈍、焼準、時効、調質(焼き入れ、焼き戻し)、浸炭、窒化等の熱処理を適宜施して、金属組織の調整がなされても良い。
《試験片の製造》
(1)原料粉末の調製
原料粉末を調製するために、次の各種粉末を用意した。先ず、主たるFe源として純鉄粉(ヘガネスAB社製ASC100.29、粒径20〜180μm)、主たるC源として黒鉛(Gr)粉末(日本黒鉛社製JCPB、平均粒径は5μm以下)を用意した。次に、V源としてバナジウム炭化物(VC)粉末(日本新金属社製:粒度1〜3μm)、Mo源としてモリブデン炭化物(Mo2C)粉末(日本新金属社製:粒度1〜2μm)を用意した。さらに、Mn源およびSi源としてFe−65%Mn−16%Si−2%C粉末(東洋電化社製:5μm以下)を用意した。特に断らない限り、組成に関する「%」は質量%を意味する(以下同様)。
成形工程は、上述した金型潤滑温間加圧成形法により行った。具体的には以下の通りである。試験片の形状に応じたキャビティを有する超硬製金型を用意した。金型の内周面には予めTiNコート処理を施し、その表面粗さを0.4Zとした。金型はバンドヒータで予め150℃に加熱しておいた。加熱した金型の内周面に、高級脂肪酸系潤滑剤であるステアリン酸リチウム(LiSt)を分散させた水溶液を、スプレーガンにて1cm3/秒程度の割合で均一に塗布した(塗布工程)。これにより、金型の内周面には約1μm程度のLiStの被膜が形成された。
各成形体を、連続焼結炉(関東冶金工業製オキシノン炉)を用いて、1150℃または1250℃の窒素ガス雰囲気中で焼結させた(焼結工程)。均熱保持時間は30分とし、焼結後の冷却速度は100℃/min(1.67℃/秒)または50℃/min(0.83℃/秒)とした。なお、その焼結炉内は、露点−50〜−65℃程度のN2ガス雰囲気とした。こうして鉄基焼結鋼材からなる各試験片を得た。
(1)密度および寸法変化
各試料の円柱状試験片(φ23×7mm)を用いて、焼結体の重量と焼結前後の寸法(外径)を測定した。これらの測定値から、焼結体の密度と寸法変化(外径変化)を求め、それらの値を各表に併せて記載した。なお、各表に示した寸法変化は、100×{(焼結後の外径)−(焼結前の外径)}/(焼結前の外径)により求めた。
各試料の平板状引張試験片(55×10×3mm)を用いて引張試験を行った。これにより、各試験片が破断するまでの強度(引張強さ)と伸びを求め、その値を各表に併せて記載した。
各試料の円柱状試験片(φ23×7mm)を用いて、超音波法によりヤング率を測定し、その値を各表に併せて記載した。なお超音波法は、縦波および横波のパルスエコーの伝播時間および円柱状試験片の厚さから求めた超音波の音速と、試験片の密度とからヤング率を算出する方法である。
〈金属組織〉
表1Aおよび表1B(両表を併せて単に「表1」という。)から抽出した試料の金属顕微鏡写真を図1A〜図1Cに示した。写真中、白色部分(F)はフェライト相を、灰色部分(P)はパーライト相を示す。
(1)表1に示した各試料(Gr:0.6%)の機械的特性(引張強さと伸び)を、図2A〜図3Bにグラフ化して示した。これから次のことがわかった。先ず、Vが0.1%程度でも加わると、引張強さが急激に度向上し、Vが0.5%に近づくほど引張強さは大きくなった。もっとも、引張強さの向上は、Vが0.5%程度で、ほぼ飽和する傾向となった。
Claims (6)
- 鉄(Fe)を主成分とする原料粉末を加圧成形した成形体を焼結させた焼結体からなる鉄基焼結鋼材であって、
全体を100質量%としたときに、
0.05〜0.6質量%のバナジウム(V)と、
0.1〜1.0質量%の炭素(C)と、
残部であるFeおよび不可避不純物と、
からなることを特徴とする鉄基焼結鋼材。 - さらに、モリブデン(Mo)を0.05〜0.5質量%含む請求項1に記載の鉄基焼結鋼材。
- さらに、マンガン(Mn)を0.03〜0.6質量%含む請求項1または2に記載の鉄基焼結鋼材。
- さらに、ケイ素(Si)を0.01〜0.2質量%含む請求項1〜3のいずれかに記載の鉄基焼結鋼材。
- V、Mo、MnおよびSiの一種以上である合金元素の合計量は1.5質量%以下である請求項4に記載の鉄基焼結鋼材。
- 原料粉末を加圧成形した成形体を得る成形工程と、
該成形体を加熱して焼結体を得る焼結工程とを備え、
請求項1〜5に記載したいずれかの鉄基焼結鋼材が得られることを特徴とする鉄基焼結鋼材の製造方法。
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