JP2016094635A - シンターハードニング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも低い温度での焼結を可能にしつつ、均一なマルテンサイト及び所望の表面硬さを得ることができるシンターハードニング方法を提供する。【解決手段】鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結し、得られた焼結体をガスで冷却するシンターハードニング方法。前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である。【選択図】なし
Description
本発明はシンターハードニング方法に関する。
比較的複雑な形状を有する機械部品などを製造する技術として粉末冶金法がある。この方法では、鉄系材料を含む種々の組成の粉末材料を所望の形状に加圧成形し、得られた成形体（圧粉体）を加熱して焼結させる。このような成形及び焼結工程を経て焼結体が製造される。
かかる焼結体に対し、例えば表面硬さなどの機械的強度を所望の大きさにするために、従来、浸炭焼入れや高周波加熱とともに、シンターハードニングと呼ばれる手法が用いられている。シンターハードニング方法は、焼結体に対し窒素ガスなどの冷却ガスを吹き付けて当該焼結体を急冷するものであり、圧粉体の焼結と焼入れとを一工程で連続して行えるという利点がある。
従来のシンターハードニング方法では、連続焼結炉の加熱ゾーンにおいて圧粉体を１２５０℃程度の温度で約２０分間焼結した後に、当該加熱ゾーンに隣接する冷却ゾーンに搬送されてきた焼結体に窒素ガスなどの冷却ガスを吹き付けている。
しかし、１２５０℃という高温で圧粉体を焼結すると、例えばカーボンは１１５０℃以上の温度で反応することから、炉内に浮遊しているカーボンなどによって溶解不良が発生することがある。また、高温での焼結処理は多くの熱量を必要とし、コストアップの要因となっていた。
そこで、前述した溶解不良が発生しない１１３０℃程度の温度で圧粉体を焼結し、得られた焼結体に対しシンターハードニングを行うことが考えられる。
そこで、前述した溶解不良が発生しない１１３０℃程度の温度で圧粉体を焼結し、得られた焼結体に対しシンターハードニングを行うことが考えられる。
しかし、焼結温度を１１３０℃程度に下げると、１２５０℃程度で焼結した場合に比べて表面硬さが例えば５（ＨＲＡ）以上低下するという問題があり、また、焼結体表面の組織も全面マルサイトにならず、下部ベイナイト（カーボン濃度が薄いと現れる組織）が目立つようになる。焼結体の密度は、１２５０℃で焼結する場合と、１１３０℃で焼結する場合とでは０．０３ｇ／ｃｍ３程度しか違っておらず、密度による強度差は、前記表面硬さの低下にはあまり寄与していないと考えられる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも低い温度での焼結を可能にしつつ、均一なマルテンサイト及び所望の表面硬さを得ることができるシンターハードニング方法を提供することを目的としている。
本発明の一態様に係るシンターハードニング方法は、鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結し、得られた焼結体をガスで冷却するシンターハードニング方法であって、
前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ
前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である。
前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ
前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である。
上記発明によれば、従来よりも低い温度での焼結を可能にしつつ、均一なマルテンサイト及び所望の表面硬さを得ることができる。
〔本発明の実施形態の説明〕
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るシンターハードニング方法は、
（１）鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結し、得られた焼結体をガスで冷却するシンターハードニング方法であって、
前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ
前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るシンターハードニング方法は、
（１）鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結し、得られた焼結体をガスで冷却するシンターハードニング方法であって、
前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ
前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である。
本態様に係るシンターハードニング方法では、圧粉体を構成する前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径を、従来の２０μｍから５〜１５μｍへと細かくしている。粒径が小さくなるとカーボンと鉄粉との接触面積を増加させることができ、その結果、焼結時における鉄粉内へのカーボンの拡散を促進させることができる。これにより、カーボンの拡散が不足することで形成されていた下部ベイナイトをなくし、均一なマルテンサイトを得ることができる。換言すれば、組織ムラをなくすことができ、表面硬さを向上させることができる。
また、従来の１２５０℃程度よりも低温の１１３０±２０℃で焼結するので、溶解不良の発生や、多くの熱量を要するという問題を解消することもできる。
また、従来の１２５０℃程度よりも低温の１１３０±２０℃で焼結するので、溶解不良の発生や、多くの熱量を要するという問題を解消することもできる。
（２）上記（１）のシンターハードニング方法において、前記カーボンの平均粒径が５〜１０μｍであることが望ましい。この場合、焼結時における鉄粉内へのカーボンの拡散をさらに促進させることができ、その結果、カーボンの拡散が不足することで形成されていた下部ベイナイトをなくし、均一なマルテンサイトを得ることができる。
〔本発明の実施形態の詳細〕
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のシンターハードニング方法の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のシンターハードニング方法の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施形態に係るシンターハードニング方法では、まず、鉄系材料を含む種々の組成の粉末材料を所望の形状に加圧成形した圧粉体を焼結し、ついで得られた焼結体に窒素ガスなどの冷却ガスを吹き付けて当該焼結体を急冷する。
圧粉体は、ダイ、上下のパンチ及びコアなどの金型を備えた通常のプレス成型機を用いて製造することができる。また、圧粉体の焼結および急冷（焼入れ）は、脱ガスゾーン、予熱ゾーン、加熱ゾーン及び冷却ゾーンを有する、一般的な連続焼結炉を用いて行うことができる。
本実施形態では、前記粉末材料に含まれるカーボンを従来よりも細かくしている。具体的に、従来のシンターハードニングでは平均粒径が２０μｍ程度のカーボンを用いているが、本実施形態では、これよりも細かい平均粒径が５〜１５μｍ、好ましくは平均粒径が５〜１０μｍのカーボンを用いている。このように粒径が小さいカーボンを用いると、当該カーボンと鉄粉との接触面積を増加させることができ、その結果、焼結時における鉄粉内へのカーボンの拡散を促進させることができる。これにより、カーボンの拡散が不足することで形成されていた下部ベイナイト（後出する図２の（ａ）参照）をなくし、均一なマルテンサイトを得ることができる。換言すれば、焼結体の組織ムラをなくすことができ、表面硬さを向上させることができる。なお、平均粒径が５μｍ未満のカーボンでも同様の効果が見込まれるが、平均粒径が５μｍ未満のものは入手が容易ではなく高価である。
平均粒径が１０μｍよりも細かいカーボンは、前記粉末材料を調製する工程において使用されるホッパー内などにおいて偏析しやすく、均質な圧粉体を製造できなくなることがあるので、予め偏析防止処理を施したカーボンを用いることが望ましい。カーボンの添加量は、本発明において特に限定されるものではないが、通常、０．３〜０．８ｗｔ．％である。
［実施例及び比較例］
つぎに本発明のシンターハードニング方法の実施例について説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
表１に示される条件で４種類のサンプルを作製し、各サンプルについて焼結密度（ｇ／ｃｍ３）及び表面硬さ（ＨＲＡ）を測定した。成形密度は、各サンプルについて６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）、６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）、及び６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）の３種類とした。各サンプルの焼結及びシンターハードニングは一般的な連続焼結炉を用いて行い、シンターハードニングは焼結体に対し窒素ガスを吹き付けて行った。
つぎに本発明のシンターハードニング方法の実施例について説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
表１に示される条件で４種類のサンプルを作製し、各サンプルについて焼結密度（ｇ／ｃｍ３）及び表面硬さ（ＨＲＡ）を測定した。成形密度は、各サンプルについて６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）、６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）、及び６．８±０．０３（ｇ／ｃｍ３）の３種類とした。各サンプルの焼結及びシンターハードニングは一般的な連続焼結炉を用いて行い、シンターハードニングは焼結体に対し窒素ガスを吹き付けて行った。
焼結温度が１１３０℃で、カーボンの平均粒径が１０μｍであるサンプル２が、本発明の実施例に該当し、焼結温度が１１３０℃で、カーボンの平均粒径が２０μｍであるサンプル１が、本発明の比較例に該当する。また、焼結温度が１２５０℃であるサンプル３〜４は本発明の参考例に該当する。
焼結密度（ｇ／ｃｍ３）及び表面硬さ（ＨＲＡ）の測定結果を表１及び図１に示す。また、各サンプルの表面の電子顕微鏡写真を図２〜３に示す。
サンプル１（比較例）とサンプル２（実施例）とを比較すると、焼結密度はほぼ同じであるが、カーボンの平均粒径を１０μｍにしたサンプル２は、カーボンの平均粒径が２０μｍであるサンプル１に比べて表面硬さが５〜６程度向上していることがわかる。
また、サンプル１では、図２の（ａ）に示されるように、下部ベイナイトが目立っているが、サンプル２では、そのような下部ベイナイトは生じていないことがわかる。
サンプル１（比較例）とサンプル２（実施例）とを比較すると、焼結密度はほぼ同じであるが、カーボンの平均粒径を１０μｍにしたサンプル２は、カーボンの平均粒径が２０μｍであるサンプル１に比べて表面硬さが５〜６程度向上していることがわかる。
また、サンプル１では、図２の（ａ）に示されるように、下部ベイナイトが目立っているが、サンプル２では、そのような下部ベイナイトは生じていないことがわかる。
なお、参考例であるサンプル３とサンプル４より、焼結温度が１２５０℃の場合、カーボンの平均粒径を２０μｍから１０μｍに変更しても、焼結密度及び表面硬さに大きな変化が生じないことがわかる。
〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
Claims (2)
- 鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結し、得られた焼結体をガスで冷却するシンターハードニング方法であって、
前記粉末に含まれるカーボンの平均粒径が５〜１５μｍであり、かつ
前記圧粉体の焼結温度が１１３０±２０℃である、シンターハードニング方法。 - 前記カーボンの平均粒径が５〜１０μｍである、請求項１に記載のシンターハードニング方法。
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| JP2014230108A JP2016094635A (ja) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | シンターハードニング方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH09279203A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Kobe Steel Ltd | 粉末冶金用鉄系混合粉末 |
| JP2009263697A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Jfe Steel Corp | 焼結鋼の製造方法 |
| JP2012122127A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Toyota Central R&D Labs Inc | 鉄基焼結鋼材およびその製造方法 |
| JP2014136814A (ja) * | 2013-01-16 | 2014-07-28 | Sumitomo Denko Shoketsu Gokin Kk | 高強度焼結部品の製造方法と連続焼結炉 |
-
2014
- 2014-11-12 JP JP2014230108A patent/JP2016094635A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| Title |
|---|
| 小倉邦明, 上ノ園聡, 尾崎由紀子: ""偏析防止処理鉄粉「KIPクリーンミックス」"", 川崎製鉄技報, vol. 32, no. 1, JPN6018014377, January 2000 (2000-01-01), JP, pages 82 - 84, ISSN: 0003782223 * |
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