JP2012512320A - 焼結鋼製自己潤滑性生成物を形成するための粒状材料の組成物、焼結鋼製自己潤滑性生成物、および焼結鋼製自己潤滑性生成物を得る方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒状材料(金属粉および非金属粉の形のもの)の組成物から形成され(conformed)、焼結されるように設計された、完成品(部品)および半完成品(複数の物品)を製造する具体的な技術に関し、これらの完成品および半完成品は、焼結工程中に形成される生成物の金属性構造マトリクスを構成する要素に加えて、粒子形の固形潤滑剤の前駆体相を含み、この固形潤滑剤は、焼結工程中の分離により、金属性マトリクスの体積中に固形潤滑剤の沈殿を生じることで、連続した金属性マトリクスである自己潤滑性生成物の微小構造の形成をもたらし、この微小構造により、焼結生成物は、焼結した部品または生成物の高機械的強度および高硬度と連携した低摩擦係数を有することができる。本発明は、焼結中に「in situ」で自己潤滑性材料を形成するこの冶金学的組成物、この組成物から得られる焼結鋼の部品または生成物、ならびに粉末冶金によりこの部品または生成物を得るための具体的な代替技法または方法に関する。
技術開発が進んだ段階においては、それぞれ特定の用途群用に具体的に設計された、高機能性材料の開発が必要になる。複数の機械工学用途では、同時に、低摩擦係数と連携した高機械的強度および高摩耗強度を有する材料が必要とされている。
すでに上記に示したとおり、本発明の目的の1つは、粒状材料の組成物を提供することであり、先行技術の教示で得られる生成物に対して高い硬度、機械的強度、および低下した摩擦係数を示す生成物を得る目的で、この組成物は、焼結操作を受け入れられるように定義された形状(部品)をとることができるように、圧縮(プレス、ロール)により、または粉末の押出し成形もしくは射出し成形により均一に混合および形成(高密化)することができる。本発明の組成物は以下を含む:組成物の形成において優勢である主要粒状金属材料、および優勢材料を硬化する機能を持つ少なくとも1種の粒状合金要素、これらの構成要素は、焼結する複合生成物、即ち鋼中の構造マトリクスの形成に関与している;ならびに、前駆体粒状材料、これは焼結中に分離することにより固形潤滑剤の団塊を与えることができる。
代替形態1:鉄粉+焼結温度で分離によりグラファイトの団塊20を生成する、α鉄相を安定化する元素で形成されている炭化物粉末の粒子11(容積百分率≦10%で混合されている。)+鉄構造マトリクス10の硬度および強度を高める機能を有する合金要素と称する他の元素の粉末粒子;
代替形態2:鉄粉+α鉄相を安定化する元素で形成されていない炭化物粉末粒子(容積百分率≦10%で混合されている。)+炭化物の分離から生じる炭素が鉄マトリクスに溶解するのを防ぐ目的の、鉄マトリクスのα相を安定化する機能を有するα鉄相を安定化する合金要素の粉末+複合体の構造マトリクスの機械的性質を調整するために存在する他の合金要素。
Claims (24)
- 主要粒状金属材料としての鉄と、鉄を硬化する機能を持ち鉄と一緒に鉄構造マトリクスを形成する少なくとも1種の粒状合金要素と、および焼結中に複合体生成物中に形成されるグラファイトの固形潤滑剤相の前駆体である非金属化合物、を含むことを特徴とする、圧縮または粉末射出し成形により形成される、焼結鋼製自己潤滑性生成物を形成するための粒状材料組成物。
- グラファイトの固形潤滑剤相の前駆体である非金属粒状化合物は、炭化物または炭酸塩型の化合物であり、ならびにこの組成中に、鉄構造マトリクスのα鉄相を安定化する元素を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- α鉄相を安定化する元素は、炭化ケイ素、炭化モリブデン、および炭化クロムの中から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の組成物。
- 非金属粒状化合物が鉄マトリクスのα鉄相を安定化するどのような元素も欠乏している炭化物または炭酸塩である場合に、α鉄相を安定化する追加の粒状合金要素をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 鉄構造マトリクスのα鉄相を安定化する追加の粒状合金要素は、ケイ素、リン、モリブデン、およびクロムから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする、請求項4に記載の組成物。
- グラファイトの固形潤滑剤相の前駆体である非金属粒状化合物は、好ましくは形成される粒状材料冶金学的組成物の質量の約10%未満の容積百分率であることを特徴とする、請求項2、3、4、または5のいずれかに記載の組成物。
- 鉄構造マトリクスの鉄を硬化する機能を持つ粒状合金要素は、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、マンガン、銅、ケイ素、リン、および炭素から選択される少なくとも1種の元素により定義されることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、または6のいずれかに記載の組成物。
- 主要粒状金属材料(鉄粉)の粒子は、約5μmから約90μmの範囲の平均径を有し、鉄を硬化する機能を持つ粒状合金要素の粒子、および固形潤滑剤相の前駆体である非金属粒状化合物の粒子は、約45μmより小さい径を有することを特徴とする、粉末圧縮(プレス、ロール、ダブルプレス、または圧縮)により形成される、請求項1から7のいずれかに記載の組成物。
- 主要粒状金属材料、即ち鉄の平均粒子径は、粒状合金要素の平均粒子径および固形潤滑剤相の前駆体である非金属粒状化合物の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする、請求項8に記載の組成物。
- 鉄製主要粒状金属材料、ならびに粒状合金要素、および、非金属粒状化合物は、約5μmから約25μmの範囲の粒子径を有することを特徴とする、押出し成形または射出し成形により形成される、請求項1から7のいずれかに記載の組成物。
- パラフィンおよびその他のワックス、EVA、ならびに低融点重合体からなる群より選択される有機結合剤の系を、冶金学的組成物の全体積の約40%から約45%の範囲の割合で含むことを特徴とする、請求項10に記載の組成物。
- 230HVから700HVの硬度、≦0.15の摩擦係数μ、および350から900MPaのけん引耐性を示すことを特徴とする、請求項1から11のいずれかに定義されるとおりの粒状材料の組成物から得られ、および焼結の前に形成を受ける、自己潤滑性焼結鋼製生成物。
- 構造的基質(30)に組み込まれた冶金学的組成物(40)の少なくとも1つの表面層(41)を定義することを特徴とする、請求項12に記載の生成物。
- 構造的基質(30)は、冶金学的組成物(40)の表面層(41)と一緒に焼結される粒状材料で定義されることを特徴とする、請求項13に記載の生成物。
- 構造的基質(30)は、向かい合う面の少なくとも1つに冶金学的組成物(40)の表面層(41)を組み込んだストリップの板の形をとることを特徴とする、請求項14に記載の生成物。
- 構造的基質(30)は、外周に冶金学的組成物(40)の表面層(41)を組み込んだ、複合棒(4)の構造芯(35)の形をとることを特徴とする、請求項14に記載の生成物。
- 請求項8または9のいずれかに定義されるとおりの粒状材料の組成物から、焼結鋼製自己潤滑性生成物を得る方法であって、
−あらかじめ定めた量で、冶金学的組成物を定義する粒状材料を混合する工程、
−粒状材料混合物を均質化する工程、
−粒状材料混合物を圧縮して、混合物に焼結する生成物の形状を与える工程、
−圧縮して形成した混合物を、約1125℃から約1250℃の温度で焼結し、焼結中に、構造マトリクスの体積中での前駆体化合物の分離によりグラファイトの団塊を形成する工程、
を含むことを特徴とする、方法。 - 組成物(40)を定義する粒状材料混合物を圧縮する工程は、粒状材料混合物を、その後焼結する板またはストリップにロールで付着させることを含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 組成物(40)を定義する粒状材料混合物を圧縮する工程は、粒状材料混合物を、構造マトリクス(10)を形成する主要粒状金属材料と適合した粒状材料の板またはストリップの形の構造的基質(30)の向かい合う面の少なくとも1つにロールで付着させることを含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 粒状材料の焼結工程後に、残留空隙率を減少させるために板またはストリップを冷ロール処理し、続いて最終的にアニーリングする追加の工程を含むことを特徴とする、請求項18または19のいずれかに記載の方法。
- 組成物(40)を定義する粒状材料混合物を圧縮する工程は、棒(2)および管(3)で定義される形のうち1つに押出し成形することを含むことを特徴とする、請求項18または19のいずれかに記載の方法。
- 組成物(40)を定義する粒状材料混合物を圧縮する工程は、構造マトリクス(10)を形成する主要粒状金属材料と適合した粒状材料の棒の形の構造芯(35)を囲む管状スリーブ(42)の形の粒状材料混合物を押出し成形して、複合棒(4)を形成することを含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 組成物(40)は、焼結工程の前に生成物から熱的に除去される有機結合剤を含むことを特徴とする、請求項21または22のいずれかに記載の方法。
- 請求項10または11のいずれかに定義されるとおりの粒状材料の組成物から、焼結鋼製自己潤滑性生成物を得る方法であって、
−あらかじめ定めた量で、冶金学的組成物を定義する粒状材料を混合する工程と、
−有機結合剤を溶融する温度を下回らない温度で、粒状材料混合物を均質化する工程と、
−組成物の取扱い、貯蔵、および射出成形機への供給を促進するために組成物を顆粒化する工程と、
−粒状材料混合物を射出し成形して、混合物に焼結する生成物の形状を与える工程と、
−成形した部品から有機結合剤を抽出する工程と、および
−粉末の形成により得られる部品を、約1125℃から約1250℃の温度で焼結する工程、
を含むことを特徴とする、方法。
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