JP2019135326A - Method for manufacturing sintered compact - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a sintered compact that facilitates machining of a pressed-powder molded body before sintering, and has excellent productivity.SOLUTION: A method for manufacturing a sintered compact has a preparation step for preparing a raw material powder including an iron-based metal powder, a molding step for fabricating a pressed-powder molded body having an average relative density of at least 93% overall by uniaxial pressing of the raw material powder using a mold, a processing step for mechanically processing the pressed-powder molded body to fabricate a processed molded body, and a sintering step for sintering the processed molded body to obtain a sintered compact.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、金属粉末を加圧成形した圧粉成形体を焼結する焼結体の製造方法、およびその製造方法によって製造された焼結体に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a sintered body that sinters a green compact formed by pressing metal powder, and a sintered body manufactured by the manufacturing method.

自動車などの機械に利用される金属部材として、例えばスプロケット、ロータ、ギア、リング、フランジ、プーリー、ベーン、軸受けなどを挙げることができる。これら金属部材の作製方法として、例えば鋳造法、鍛造法、メタルインジェクションモールディング(MIM)法、粉末冶金法、金属固化体を切削する方法などが挙げられる。   Examples of metal members used in machines such as automobiles include sprockets, rotors, gears, rings, flanges, pulleys, vanes, and bearings. Examples of methods for producing these metal members include a casting method, a forging method, a metal injection molding (MIM) method, a powder metallurgy method, and a method of cutting a metal solidified body.

鋳造法では、高額な鋳造型が必要である上、十分な寸法精度の金属部材を得ることが難しい。また鋳造体の寸法精度が悪いため、所望の寸法の金属部材を得るには膨大な量の後加工やバリ取りが必要となる。また、後加工時に発生した加工屑を再利用するには、加工屑を溶解しなければならない。鍛造法でも鋳造法と同様の問題が発生する。   In the casting method, an expensive casting mold is required, and it is difficult to obtain a metal member with sufficient dimensional accuracy. Further, since the dimensional accuracy of the cast body is poor, enormous amounts of post-processing and deburring are required to obtain a metal member having a desired size. Moreover, in order to reuse the processing waste generated during post-processing, the processing waste must be dissolved. The forging method has the same problem as the casting method.

MIM法では、成形原料に約20%もの有機バインダーを添加する必要があり、成形後の脱脂工程が複雑で時間がかかる。有機バインダーを取り除いたときの形状変化が大きく、所望の寸法精度の金属部材を得ることが難しい。また、MIM法は、小物品の成形に限られるため、大型の金属部材を得ることができないという問題もある。   In the MIM method, it is necessary to add as much as about 20% of an organic binder to the molding material, and the degreasing process after molding is complicated and takes time. When the organic binder is removed, the shape change is large, and it is difficult to obtain a metal member having a desired dimensional accuracy. Further, since the MIM method is limited to the molding of small articles, there is a problem that a large metal member cannot be obtained.

金属粉末を含有する原料粉末を金型で加圧成形して圧粉成形体を作製し、これを焼結する粉末冶金法では、上記3種の製造方法よりは寸法精度に優れる。しかし、金型を用いた加圧成形では複雑な形状の金属部材を得ることは難しく、複雑な形状の金属部材を得るには焼結体を後加工する必要がある。多段成形を行なえば複雑な形状の金属部材を得ることもできるが、作製する金属部材の形状によっては多段成形であっても後加工が必要になる。また、多段成形では複雑な形状のキャビティ内に均一に金属粉末を充填できず、粉末成形体の成形密度に局所的なばらつきが発生し易い。そのような粉末成形体を焼結した場合、低密度部の寸法精度が低下したり、低密度部の機械的な強度が低下したりする虞がある。この粉末冶金法でも、後加工で発生した加工屑を再利用するには加工屑を溶解しなければならない。   The powder metallurgy method in which a raw material powder containing metal powder is pressure-molded with a mold to produce a green compact, and this is sintered, is superior in dimensional accuracy to the above three manufacturing methods. However, it is difficult to obtain a metal member having a complicated shape by pressure molding using a mold, and it is necessary to post-process the sintered body in order to obtain a metal member having a complicated shape. If multi-stage forming is performed, a metal member having a complicated shape can be obtained. However, depending on the shape of the metal member to be manufactured, post-processing is required even for multi-stage forming. Further, in multi-stage molding, the metal powder cannot be uniformly filled in a cavity having a complicated shape, and local variation tends to occur in the molding density of the powder compact. When such a powder compact is sintered, there is a risk that the dimensional accuracy of the low density portion may be reduced or the mechanical strength of the low density portion may be reduced. Even in this powder metallurgy method, in order to reuse the processing waste generated in the post-processing, the processing waste must be dissolved.

金属固化体を切削する方法では、生産性が低いという問題がある。金属固化体はその硬度が高いため、加工速度を速くできないからである。また、硬度が高い金属固化体の切削には高剛性の高価なマシニングセンタが必要で、しかもマシニングセンタに備わる加工工具の寿命が短くなるという問題もある。この方法でも、切削で発生した加工屑を再利用するには加工屑を溶解しなければならない。   The method of cutting the metal solidified body has a problem that productivity is low. This is because the solidified metal has a high hardness, and thus the processing speed cannot be increased. In addition, a high-rigidity and expensive machining center is required for cutting a solidified metal having high hardness, and there is also a problem that the life of a processing tool provided in the machining center is shortened. Even in this method, in order to reuse the machining waste generated by cutting, the machining waste must be dissolved.

上記問題に鑑み、近年では、焼結前の圧粉成形体に機械加工を行って、所定の形状に加工した圧粉成形体を焼結する金属部材の製造方法が提案されている。焼結前の圧粉成形体は、焼結体に比べて硬度が低いため、加工コストの低減が期待できる。しかし、単に加圧成形のみした圧粉成形体は脆く、機械的強度が低いため、機械加工の際に欠けや亀裂が発生し易いなど、切削加工性の点で課題がある。   In view of the above problems, in recent years, a metal member manufacturing method has been proposed in which a green compact before sintering is machined to sinter the green compact that has been processed into a predetermined shape. Since the green compact before sintering has a lower hardness than the sintered compact, a reduction in processing cost can be expected. However, since the compacted body that has been simply press-molded is brittle and has low mechanical strength, there are problems in terms of machinability, such as chipping and cracking that are likely to occur during machining.

上記課題に対して、特許文献1には、金属粉末を加圧成形した成形体を仮焼成し、仮焼成した仮焼成体を機械加工した後、本焼成する金属部材の製造方法(焼結体の製造方法)が開示されている。特許文献1の製造方法によれば、成形体を仮焼成した仮焼成体は、仮焼成前の成形体に比較して機械的強度が高く、機械加工した際に欠け難くなり、機械加工が容易になる。また、仮焼成体は、本焼成後の焼結体に比較して硬度が低く、機械加工が容易になる。つまり、特許文献1の製造方法では、圧粉成形体を仮焼成して機械的強度を高め、仮焼成体に対して機械加工を行うことにより、機械加工性の課題を解決することを提案している。   In order to solve the above-mentioned problem, Patent Document 1 discloses a method for producing a metal member (sintered body) that is pre-fired after a pre-fired molded body obtained by pressure-molding a metal powder and machined the pre-fired fired body. Manufacturing method). According to the manufacturing method of Patent Document 1, the pre-fired body obtained by pre-baking the formed body has higher mechanical strength than the pre-fired formed body, is difficult to be chipped when machined, and is easy to machine. become. Further, the temporarily fired body has a lower hardness than the sintered body after the main firing, and is easy to machine. In other words, the manufacturing method of Patent Document 1 proposes to solve the problem of machinability by pre-baking the green compact to increase the mechanical strength and machining the pre-fired body. ing.

特開2007−77468号公報JP 2007-77468 A

特許文献1の金属部材の製造方法では、圧粉成形体を仮焼成することによって、金属粉末の粒子同士の焼結がある程度進んでいる。そのため、仮焼成体は、本焼成後の焼結体に比べて硬度が低いとはいうものの、ある程度の硬さを有している。そのため、特許文献1の技術には、機械加工性の点で改善の余地がある。しかも、仮焼結することによって金属粉末の粒子同士が焼結しているため、加工屑を再利用するには加工屑を溶解しなければならない。   In the method for producing a metal member of Patent Document 1, sintering of metal powder particles proceeds to some extent by pre-baking the green compact. For this reason, the temporarily fired body has a certain degree of hardness, although the hardness is lower than that of the sintered body after the main firing. Therefore, the technique of Patent Document 1 has room for improvement in terms of machinability. Moreover, since the metal powder particles are sintered by temporary sintering, the processing waste must be dissolved in order to reuse the processing waste.

また、特許文献1の金属部材の製造方法では、加圧成形→仮焼成→機械加工→本焼成を行なっており、金属部材を得るために必要な工程数が多い。そのため、特許文献1の技術には、金属部材の生産性の点で改善の余地がある。   Moreover, in the manufacturing method of the metal member of patent document 1, pressure molding-> temporary baking-> machining-> main baking is performed, and there are many processes required in order to obtain a metal member. Therefore, the technique of Patent Document 1 has room for improvement in terms of productivity of metal members.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、焼結前の圧粉成形体に対する機械加工が容易で、生産性に優れる焼結体の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide a method for producing a sintered body that is easy to machine with respect to a green compact before sintering and is excellent in productivity. It is in.

本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、
鉄系の金属粉末を含む原料粉末を用意する準備工程と、
金型を用いて前記原料粉末を一軸加圧することで、全体の平均相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製する成形工程と、
前記圧粉成形体を機械加工して加工成形体を作製する加工工程と、
前記加工成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を備える焼結体の製造方法。
A method for producing a sintered body according to one aspect of the present invention includes:
Preparing a raw material powder containing iron-based metal powder;
A molding step of producing a green compact having an overall average relative density of 93% or more by uniaxially pressing the raw material powder using a mold;
A processing step of machining the green compact to produce a processed compact; and
A sintering step of sintering the processed molded body to obtain a sintered body;
A method for producing a sintered body comprising:

本発明の一態様に係る焼結体は、鉄系の焼結体であって、
前記焼結体の全体の平均相対密度が93%以上である焼結体。
The sintered body according to one aspect of the present invention is an iron-based sintered body,
The sintered compact whose average relative density of the said sintered compact is 93% or more.

本発明の一態様に係る焼結体の製造方法によれば、焼結前の圧粉成形体に対する機械加工が容易であるため、本発明の一態様に係る焼結体を生産性良く製造することができる。   According to the method for manufacturing a sintered body according to one aspect of the present invention, since the machining of the green compact before sintering is easy, the sintered body according to one aspect of the present invention is manufactured with high productivity. be able to.

上段図は、圧粉成形体を切削工具で機械加工する様子を示す模式図、下段図は金属固化体を切削工具で機械加工する様子を示す模式図である。The upper diagram is a schematic diagram showing how a green compact is machined with a cutting tool, and the lower diagram is a schematic diagram showing how a metal solidified body is machined with a cutting tool. 作製例に記載のプラネタリキャリアとプラネタリギアとの組物の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the assembly of the planetary carrier and the planetary gear described in the production example. 作製例に記載のプラネタリギアの概略側面図である。It is a schematic side view of the planetary gear as described in a manufacture example. 上段図は、作製例に記載のプラネタリキャリアの概略正面図、下段図は、上段図のA−A断面図である。The upper diagram is a schematic front view of the planetary carrier described in the production example, and the lower diagram is an AA cross-sectional view of the upper diagram.

・本発明の実施形態の説明
<1>実施形態に係る焼結体の製造方法は、下記準備工程と、成形工程と、加工工程と、焼結工程と、を備える。
準備工程では、鉄系の金属粉末を含む原料粉末を用意する。
成形工程では、金型を用いて前記原料粉末を一軸加圧することで、全体の平均相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製する。
加工工程では、前記圧粉成形体を機械加工して加工成形体を作製する。
焼結工程では、前記加工成形体を焼結して焼結体を得る。
-Description of embodiment of this invention <1> The manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment is equipped with the following preparatory process, a formation process, a process process, and a sintering process.
In the preparation step, raw material powder containing iron-based metal powder is prepared.
In the forming step, the raw material powder is uniaxially pressed using a mold to produce a green compact having an overall average relative density of 93% or more.
In the processing step, the green compact is machined to produce a processed compact.
In the sintering step, the processed molded body is sintered to obtain a sintered body.

上記焼結体の製造方法では、金型を用いた一軸加圧によって圧粉成形体を作製している。一軸加圧では、原料粉末に非常に高い面圧を作用させて原料粉末を成形できるため、相対密度が高く、しかも密度が均一で局所的に脆い箇所のない圧粉成形体を得易い。そのため、一軸加圧で得られた圧粉成形体は、機械的強度に優れており、機械加工の際に欠けや亀裂が発生し難い。つまり、一軸加圧で得られた圧粉成形体は、仮焼結することなく加工工程に供することができるので、上記焼結体の製造方法によれば生産性良く焼結体を製造することができる。   In the method for producing a sintered body, a green compact is produced by uniaxial pressing using a mold. In uniaxial pressing, since the raw material powder can be molded by applying a very high surface pressure to the raw material powder, it is easy to obtain a compacted body having a high relative density and uniform density and no locally fragile portions. Therefore, the green compact obtained by uniaxial pressing is excellent in mechanical strength and is less likely to be chipped or cracked during machining. In other words, the compacted body obtained by uniaxial pressing can be used for the processing step without pre-sintering, so that the sintered body can be produced with high productivity according to the above-mentioned method for producing a sintered body. Can do.

上記焼結体の製造方法では、相対密度が93%以上の均一な圧粉成形体を作製しているため、圧粉成形体を加工した加工成形体を焼結する際、加工成形体の寸法変化の仕方が安定する。つまり、加工成形体の収縮度合いが局所的にばらつかず、加工成形体全体がほぼ均等に収縮する。そのため、焼結体の実寸法が設計寸法から大きく外れることを抑制することができる。上記相対密度は95%以上とすることが好ましい。   In the above method for producing a sintered body, a uniform green compact having a relative density of 93% or more is produced. Therefore, when a processed green body obtained by processing the green compact is sintered, the dimensions of the processed green body are measured. The way of change is stable. That is, the contraction degree of the processed molded body does not vary locally, and the entire processed molded body contracts almost uniformly. Therefore, it can suppress that the actual dimension of a sintered compact greatly deviates from a design dimension. The relative density is preferably 95% or more.

上記焼結体の製造方法では、圧粉成形体を焼結することなく加工工程に供しているため、加工工程における加工抵抗が低い。そのため、金属固化体を機械加工する場合に比べて、加工速度を5倍〜10倍近い速度にできるし、機械加工に用いる工具寿命を10倍〜100倍近くまで延ばすことができる。また、圧粉成形体の加工抵抗が低いため、刃具やシャンクの剛性が小さくて済むため、機械加工時に長尺あるいは細径の刃具やシャンクを利用することができる。このように刃具やシャンクの選択の自由度が高いために、金属部材の形状の設計に制約が少ない、即ち当該設計の自由度が高い。例えば、中空加工などの細かい造形を施した金属部材を作製することも可能になる。   In the method for producing a sintered body, since the green compact is subjected to a processing step without sintering, the processing resistance in the processing step is low. Therefore, compared with the case where a metal solid body is machined, the machining speed can be made 5 to 10 times faster, and the tool life used for machining can be extended to 10 to 100 times. Further, since the processing resistance of the green compact is low and the rigidity of the cutting tool or shank is small, a long or thin cutting tool or shank can be used during machining. Thus, since the freedom degree of selection of a cutting tool or a shank is high, there are few restrictions in the design of the shape of a metal member, ie, the freedom degree of the said design is high. For example, it is possible to produce a metal member that has been subjected to fine shaping such as hollow processing.

また、上記焼結体の製造方法では、機械加工によって生じた加工屑を溶解することなく再利用することができる。それは、冷間で加圧成形することで圧粉成形体を作製すると共に、機械加工の前に圧粉成形体を焼結していないため、加工屑に含まれる金属粉末が変質していないからである。   Moreover, in the manufacturing method of the said sintered compact, the processing waste produced by machining can be reused, without melt | dissolving. Because it is compacted by cold molding to produce a compacted body, and since the compacted body is not sintered before machining, the metal powder contained in the processing waste is not altered. It is.

<2>実施形態に係る焼結体の製造方法の一形態として、前記圧粉成形体をヘリカルギア形状に加工する形態を挙げることができる。 <2> As one form of the manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment, the form which processes the said compacting body into a helical gear shape can be mentioned.

実施形態に係る焼結体の製造方法では圧粉成形体を焼結する前に機械加工するため、複雑なヘリカルギア形状に形成することが容易にできる。   In the sintered body manufacturing method according to the embodiment, since the green compact is machined before sintering, it can be easily formed into a complicated helical gear shape.

<3>実施形態に係る焼結体の製造方法の一形態として、前記一軸加圧の圧力は、600MPa以上である形態を挙げることができる。 <3> As one form of the manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment, the form whose pressure of the said uniaxial pressurization is 600 Mpa or more can be mentioned.

上記範囲の圧力で圧粉成形体を作製することで、高密度で機械加工性に優れる圧粉成形体を得ることができる。   By producing a green compact with a pressure in the above range, a green compact with high density and excellent machinability can be obtained.

<4>実施形態に係る焼結体の製造方法の一形態として、前記加工工程は、切削加工法を用いて行なう形態を挙げることができる。 <4> As one form of the manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment, the said process process can mention the form performed using a cutting method.

切削加工は、例えばフライス、ホブ、ブローチ、およびピニオンカッタの少なくとも一つの加工工具を用いて行うことができる。圧粉成形体は、加工性に優れるため、上記いずれの加工工具であっても高精度の切削加工を容易に行なうことができる。   The cutting can be performed using at least one processing tool such as a milling cutter, a hob, a broach, and a pinion cutter. Since the green compact is excellent in workability, any of the above processing tools can easily perform high-precision cutting.

<5>実施形態に係る焼結体の製造方法の一形態として、前記加工工程は、加工工具によって前記圧粉成形体に作用する引張応力を打ち消す方向に、前記圧粉成形体に圧縮応力を付与しながら行なう形態を挙げることができる。 <5> As one form of the manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment, the said process process compresses a compressive stress to the said compacting body in the direction which counteracts the tensile stress which acts on the said compacting body with a processing tool. The form performed while giving can be mentioned.

圧粉成形体に作用する引張応力を打ち消す方向に、圧粉成形体に圧縮応力を付与しながら機械加工を行なうことで、圧粉成形体に割れや欠けが生じることを効果的に抑制できる。圧縮応力を付与する手段については後述する実施形態に例示する。   By performing machining while applying a compressive stress to the green compact in a direction to cancel the tensile stress acting on the green compact, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks and chips in the green compact. The means for applying the compressive stress is exemplified in the embodiments described later.

<6>実施形態に係る焼結体は、鉄系の焼結体であって、前記焼結体の全体の平均相対密度が93%以上である焼結体である。 The sintered body according to the <6> embodiment is an iron-based sintered body, and is a sintered body having an average relative density of 93% or more of the entire sintered body.

平均相対密度が93%以上である実施形態の焼結体は、今までにない新規な焼結体である。また、実施形態の焼結体は平均相対密度が93%以上であるため、金属固化体の加工品と遜色ない機械的強度を備える。しかも実施形態の焼結体は、実施形態の焼結体の製造方法によって製造されているため、金属固化体の加工品よりも生産性に優れる。上記平均相対密度は、95%以上であることが好ましい。   The sintered body according to the embodiment having an average relative density of 93% or more is a novel sintered body that has never existed. In addition, since the sintered body of the embodiment has an average relative density of 93% or more, the sintered body has mechanical strength comparable to a processed product of a metal solidified body. And since the sintered compact of embodiment is manufactured by the manufacturing method of the sintered compact of embodiment, it is excellent in productivity rather than the processed product of a metal solidification body. The average relative density is preferably 95% or more.

<7>実施形態に係る焼結体の一形態として、前記焼結体はヘリカルギアである形態を挙げることができる。 <7> As one form of the sintered compact which concerns on embodiment, the said sintered compact can mention the form which is a helical gear.

焼結体のヘリカルギアは、例えば自動車のトランスミッションなどの構成部品として利用することができる。既に述べたように、実施形態に係る焼結体は、金属固化体の加工品と遜色ない機械的強度を備えるため、高い負荷がかかる自動車の構成部品として十分に機能する。   The sintered helical gear can be used as a component such as an automobile transmission. As already described, since the sintered body according to the embodiment has mechanical strength comparable to that of a processed product of a metal solidified body, it sufficiently functions as a component of an automobile that is subjected to a high load.

<8>ヘリカルギア形状を備える実施形態に係る焼結体の一形態として、前記ヘリカルギアの歯は、前記ヘリカルギアの軸線に対して30°以上傾いている形態を挙げることができる。 <8> As one form of the sintered body according to the embodiment having the helical gear shape, the helical gear teeth may be inclined at 30 ° or more with respect to the axis of the helical gear.

上記ヘリカルギアは優れた機械的強度を備えるため、ヘリカルギアの歯が軸線に対して30°以上傾いていても、その使用時に歯に損傷が生じ難い。歯の軸線に対する角度が大きくなるほど、ヘリカルギアが他のギアと噛み合うときに発生するノイズを低減することができる。歯の軸線に対する角度は50°以上とすることが好ましい。   Since the helical gear has excellent mechanical strength, even if the helical gear teeth are inclined at an angle of 30 ° or more with respect to the axis, the teeth are hardly damaged during use. As the angle with respect to the tooth axis increases, noise generated when the helical gear meshes with other gears can be reduced. The angle with respect to the tooth axis is preferably 50 ° or more.

・本発明の実施形態の詳細
本発明の実施形態に係る焼結体の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。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。
-Details of embodiment of this invention The specific example of the manufacturing method of the sintered compact which concerns on embodiment of this invention is demonstrated referring drawings below. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

<実施形態1>
≪焼結体の製造方法の概要≫
実施形態に係る焼結体の製造方法は、下記工程を備える。
S1.準備工程:鉄系の金属粉末を含む原料粉末を用意する。
S2.成形工程:金型を用いて原料粉末を一軸加圧することで、全体の平均相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製する。
S3.加工工程:圧粉成形体を機械加工して加工成形体を作製する。
S4.焼結工程:加工成形体を焼結して焼結体を得る。
S5.仕上げ工程:焼結体の実寸法を設計寸法に近づける仕上げ加工を行なう。
以下、各工程を詳細に説明する。
<Embodiment 1>
≪Summary of manufacturing method of sintered body≫
The method for manufacturing a sintered body according to the embodiment includes the following steps.
S1. Preparation step: preparing raw material powder containing iron-based metal powder.
S2. Molding step: A powder compact with an overall average relative density of 93% or more is produced by uniaxially pressing the raw material powder using a mold.
S3. Processing step: A green compact is machined to produce a processed compact.
S4. Sintering step: The processed molded body is sintered to obtain a sintered body.
S5. Finishing process: A finishing process is performed to bring the actual dimension of the sintered body closer to the design dimension.
Hereinafter, each process will be described in detail.

≪S1.準備工程≫
[金属粉末]
金属粉末は、焼結体を構成する主たる材料であり、金属粉末としては、例えば、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金の粉末が挙げられる。金属粉末には、代表的には、純鉄粉や鉄合金粉を用いることが挙げられる。ここで、「鉄を主成分とする鉄合金」とは、構成成分として、鉄元素を50質量%超、好ましくは80質量%以上、更に90質量%以上含有することを意味する。鉄合金としては、Cu,Ni,Sn,Cr,Mo,Mn及びCから選択される少なくとも1種の合金化元素を含有するものが挙げられる。上記合金化元素は、鉄系焼結体の機械的特性の向上に寄与する。上記合金化元素のうち、Cu,Ni,Sn,Cr,Mn及びMoの含有量は、合計で0.5質量%以上5.0質量%以下、更に1.0質量%以上3.0質量%以下とすることが挙げられる。Cの含有量は、0.2質量%以上2.0質量%以下、更に0.4質量%以上1.0質量以下とすることが挙げられる。また、金属粉末に鉄粉を用い、これに上記合金化元素の粉末(合金化粉末)を添加してもよい。この場合、原料粉末の段階では金属粉末の構成成分が鉄であるが、後の焼結工程で焼結することによって鉄が合金化元素と反応して合金化される。原料粉末における金属粉末(合金化粉末を含む)の含有量は、例えば、90質量%以上、更に95質量%以上とすることが挙げられる。金属粉末には、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、カルボニル法、還元法などにより作製したものを利用できる。
<< S1. Preparation process >>
[Metal powder]
The metal powder is a main material constituting the sintered body, and examples of the metal powder include iron or iron alloy powder containing iron as a main component. Typically, pure iron powder or iron alloy powder is used as the metal powder. Here, “an iron alloy containing iron as a main component” means that the element contains iron element in an amount of more than 50% by mass, preferably 80% by mass or more, and further 90% by mass or more. Examples of the iron alloy include those containing at least one alloying element selected from Cu, Ni, Sn, Cr, Mo, Mn, and C. The alloying element contributes to improvement of mechanical properties of the iron-based sintered body. Among the alloying elements, the contents of Cu, Ni, Sn, Cr, Mn and Mo are 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, and further 1.0% by mass or more and 3.0% by mass. The following may be mentioned. The C content may be 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less, and further 0.4% by mass or more and 1.0% by mass or less. Alternatively, iron powder may be used as the metal powder, and the alloying element powder (alloyed powder) may be added thereto. In this case, the constituent component of the metal powder is iron in the raw material powder stage, but iron is alloyed by reacting with the alloying element by sintering in the subsequent sintering step. The content of metal powder (including alloyed powder) in the raw material powder is, for example, 90% by mass or more, and further 95% by mass or more. As the metal powder, for example, a powder prepared by a water atomizing method, a gas atomizing method, a carbonyl method, a reduction method, or the like can be used.

金属粉末の平均粒径は、例えば、20μm以上200μm以下、更に50μm以上150μm以下とすることが挙げられる。金属粉末の平均粒径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、後の成形工程(S2)において加圧成形し易い。更に、金属粉末の平均粒径を20μm以上とすることで、原料粉末の流動性を確保し易い。金属粉末の平均粒径を200μm以下とすることで、緻密な組織の焼結体を得易い。金属粉末の平均粒径は、金属粉末を構成する粒子の平均粒径のことであり、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が50%となる粒径(D50)とする。微粒の金属粉末を利用することで、金属部材の表面粗さを小さくしたり、コーナーエッジをシャープにすることができる。   The average particle diameter of the metal powder is, for example, 20 μm or more and 200 μm or less, and further 50 μm or more and 150 μm or less. By making the average particle diameter of the metal powder within the above range, it is easy to handle and pressure forming is easy in the subsequent forming step (S2). Furthermore, it is easy to ensure the fluidity of the raw material powder by setting the average particle size of the metal powder to 20 μm or more. By setting the average particle size of the metal powder to 200 μm or less, it is easy to obtain a sintered body having a dense structure. The average particle diameter of the metal powder is the average particle diameter of the particles constituting the metal powder. The particle diameter (D50) is such that the cumulative volume in the volume particle size distribution measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device is 50%. To do. By using fine metal powder, the surface roughness of the metal member can be reduced and the corner edge can be sharpened.

[その他]
金型を用いたプレス成形では、金型への金属粉末の焼き付きを防止するために、金属粉末と内部潤滑剤とを混合した原料粉末を用いることが一般的である。しかし、本例では、原料粉末に内部潤滑剤を含ませないか、含ませても原料粉末全体の0.2質量%以下とする。これは、原料粉末における金属粉末の割合が低下することを抑制し、後述する成形工程で相対密度が93%以上の圧粉成形体を得るためである。但し、後の成形工程で相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製できる範囲で、微量の内部潤滑剤を原料粉末に含ませることは許容される。内部潤滑剤として、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸を利用することができる。
[Others]
In press molding using a mold, it is common to use a raw material powder in which a metal powder and an internal lubricant are mixed in order to prevent the metal powder from sticking to the mold. However, in this example, the raw material powder does not contain an internal lubricant, or even if it is contained, the raw material powder content is 0.2% by mass or less. This is to suppress a reduction in the ratio of the metal powder in the raw material powder, and to obtain a green compact having a relative density of 93% or more in the molding step described later. However, it is permissible to include a small amount of internal lubricant in the raw material powder within a range in which a green compact having a relative density of 93% or more can be produced in the subsequent molding step. As the internal lubricant, a metal soap such as lithium stearate or zinc stearate can be used.

後述する加工工程において圧粉成形体に割れや欠けが生じることを抑制するために、原料粉末に有機バインダーを添加しても構わない。有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、パラフィン、各種ワックスなどが挙げられる。有機バインダーは、必要に応じて添加すればよく、添加しなくてもよい。有機バインダーを添加する場合、後の成形工程で相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製できる程度の添加量とする必要がある。   An organic binder may be added to the raw material powder in order to prevent cracking and chipping from occurring in the green compact in the processing step described later. Examples of the organic binder include polyethylene, polypropylene, polyolefin, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyamide, polyester, polyether, polyvinyl alcohol, vinyl acetate, paraffin, and various waxes. The organic binder may be added as necessary, and may not be added. When adding an organic binder, it is necessary to make it the addition amount of the grade which can produce a compacting body with a relative density of 93% or more by a subsequent shaping | molding process.

≪S2.成形工程≫
成形工程では、金型を用いて原料粉末を一軸加圧することで、圧粉成形体を作製する。一軸加圧を行なう金型は、ダイと、その上下の開口部に嵌め込まれる一対のパンチと、を備え、ダイのキャビティに充填された原料粉末を上パンチと下パンチとで圧縮することで圧粉成形体を作製する金型である。この金型で成形できる圧粉成形体は単純な形状となる。単純な形状としては、例えば、円柱状、円筒状、角柱状、角筒状などを挙げることができる。ここで、パンチ面に凸部や凹部を備えるパンチを利用しても良く、その場合、上記単純形状の圧粉成形体に、上記凸部や凹部に対応した凹みや出っ張りが形成される。このような凹みや出っ張りを有する圧粉成形体も単純形状の圧粉成形体に含まれる。
<< S2. Molding process >>
In the molding step, the green compact is produced by uniaxially pressing the raw material powder using a mold. A die that performs uniaxial pressing includes a die and a pair of punches that are fitted into upper and lower openings thereof, and compresses the raw material powder filled in the die cavity with an upper punch and a lower punch. This is a mold for producing a powder molded body. The green compact that can be molded with this mold has a simple shape. Examples of the simple shape include a columnar shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, and a rectangular tube shape. Here, you may utilize the punch which equips a punch surface with a convex part and a recessed part, and the dent and protrusion corresponding to the said convex part and a recessed part are formed in the said compact powder compact in that case. The compacting body which has such a dent and a protrusion is also contained in the compacting body of a simple shape.

一軸加圧の圧力(面圧)は、600MPa以上とすることが挙げられる。面圧を大きくすることで、圧粉成形体の相対密度を高くすることができる。好ましい面圧は、1000MPa以上、より好ましい面圧は1500MPa以上である。面圧の上限は特にない。   The uniaxial pressure (surface pressure) may be 600 MPa or more. By increasing the surface pressure, the relative density of the green compact can be increased. A preferable surface pressure is 1000 MPa or more, and a more preferable surface pressure is 1500 MPa or more. There is no upper limit for the surface pressure.

[外部潤滑剤]
一軸成形において、金型への金属粉末の焼き付きを防止するために、金型の内周面(ダイの内周面やパンチの押圧面)に外部潤滑剤を塗布することが好ましい。外部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸などを利用することができる。その他、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドを外部潤滑剤として利用することもできる。
[External lubricant]
In uniaxial molding, it is preferable to apply an external lubricant to the inner peripheral surface of the mold (the inner peripheral surface of the die or the pressing surface of the punch) in order to prevent the metal powder from sticking to the mold. As the external lubricant, for example, a metal soap such as lithium stearate or zinc stearate can be used. In addition, fatty acid amides such as lauric acid amide, stearic acid amide, and palmitic acid amide, and higher fatty acid amides such as ethylene bis stearic acid amide can be used as an external lubricant.

一軸加圧によって得られる圧粉成形体の全体の平均相対密度は93%以上である。圧粉成形体の全体の平均相対密度は、好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上である。圧粉成形体の全体の平均相対密度は、圧粉成形体における加圧軸方向の中央近傍、一端側近傍、および他端側近傍の位置で、加圧軸方向に交差する断面(好ましくは直交する断面)をとり、各断面を画像解析することで求めることができる。より具体的には、まず各断面において複数の観察視野の画像、例えば各断面において500μm×600μm=300000μmの面積を有する観察視野の画像を10個以上取得する。各観察視野の画像は、断面における極力均等に分散した位置から取得することが好ましい。次いで、取得した各観察視野の画像を二値化処理して、観察視野に占める金属粒子の面積割合を求め、その面積割合を観察視野の相対密度と見做す。そして、各観察視野から求めた相対密度を平均し、圧粉成形体の全体の平均相対密度を算出する。ここで、上記一端側近傍(他端側近傍)とは、例えば圧粉成形体の表面から3mm以内の位置とすることが挙げられる。 The overall average relative density of the green compact obtained by uniaxial pressing is 93% or more. The average relative density of the whole of the green compact is preferably 95% or more, more preferably 96% or more, and still more preferably 97% or more. The average relative density of the whole of the green compact is a cross-section (preferably orthogonal) at the position near the center in the pressure axis direction, near one end, and near the other end of the green compact. Can be obtained by taking an image analysis of each cross section. More specifically, first, images of a plurality of observation fields are obtained in each cross section, for example, 10 or more images of an observation field having an area of 500 μm × 600 μm = 300000 μm 2 in each cross section. It is preferable to acquire images of each observation field from positions dispersed as evenly as possible in the cross section. Next, the acquired image of each observation visual field is binarized to determine the area ratio of the metal particles in the observation visual field, and the area ratio is regarded as the relative density of the observation visual field. And the relative density calculated | required from each observation visual field is averaged, and the average relative density of the whole compacting body is computed. Here, the vicinity of the one end side (near the other end side) is, for example, a position within 3 mm from the surface of the green compact.

≪S3.加工工程≫
加工工程では、一軸加圧によって圧粉成形体を作製した後、焼結を行なうことなく、圧粉成形体に機械加工を行なう。機械加工は、代表的には切削加工であり、切削工具を用いて所定の形状に圧粉成形体を加工する。切削加工としては、例えば、転削加工、旋削加工などが挙げられ、転削加工には、穴あけ加工が含まれる。切削工具には、穴あけ加工の場合、ドリルやリーマ、転削加工の場合、フライスやエンドミル、旋削加工の場合、バイトや刃先交換型切削チップなどを用いることが挙げられる。その他、ホブ、ブローチ、ピニオンカッタなどを用いて切削加工を行なっても構わない。複数種の加工を自動で行なえるマシニングセンタを用いて機械加工を行っても構わない。
<< S3. Processing process >>
In the processing step, after the green compact is produced by uniaxial pressing, the green compact is machined without sintering. The machining is typically cutting, and the green compact is processed into a predetermined shape using a cutting tool. Examples of the cutting process include a turning process and a turning process, and the turning process includes a drilling process. Examples of the cutting tool include drilling, reamer, turning, milling, end mill, turning, cutting tool, and the like, in the case of drilling. In addition, cutting may be performed using a hob, broach, pinion cutter, or the like. Machining may be performed using a machining center capable of automatically performing a plurality of types of machining.

機械加工のイメージを図1のイメージ図に基づいて説明する。図1の上段図は、圧粉成形体200を切削工具100で機械加工する様子を模式的に示しており、下段図は金属固化体300を切削工具100で機械加工する様子を模式的に示している。図1の上段図に示すように、金属粒子202が押し固まって形成される圧粉成形体200では、切削工具100によって圧粉成形体200の表面から金属粒子202が引き剥がされるように機械加工が施される。そのため、機械加工によって生じる加工屑201は、圧粉成形体200を構成する個々の金属粒子202が分離してなる金属粉末で構成される。粉末状の加工屑201は、溶解することなく再利用することができる。金属粒子202が固まった粒塊がある場合、必要に応じて粒塊を解砕しても構わない。一方、図1の下段図に示すように、金属固化体300では、切削工具100によって金属固化体300の表面を削り取るように機械加工が施される。機械加工によって生じる加工屑301は、一連の組織で構成されるため、加工屑301を溶解しなければ再利用することができない。   An image of machining will be described based on the image diagram of FIG. The upper diagram in FIG. 1 schematically shows how the green compact 200 is machined with the cutting tool 100, and the lower diagram schematically shows how the metal solidified body 300 is machined with the cutting tool 100. ing. As shown in the upper diagram of FIG. 1, in the green compact 200 formed by pressing and solidifying the metal particles 202, machining is performed so that the metal particles 202 are peeled off from the surface of the green compact 200 by the cutting tool 100. Is given. Therefore, the processing waste 201 produced by machining is composed of metal powder formed by separating individual metal particles 202 constituting the green compact 200. The powdered processing waste 201 can be reused without dissolving. In the case where there are agglomerates in which the metal particles 202 are hardened, the agglomerates may be crushed as necessary. On the other hand, as shown in the lower diagram of FIG. 1, the metal solidified body 300 is machined so that the cutting tool 100 scrapes the surface of the metal solidified body 300. Since the processing waste 301 produced by machining is composed of a series of structures, it cannot be reused unless the processing waste 301 is dissolved.

機械加工に供する前に、圧粉成形体の表面に有機バインダーを溶かした揮発性溶液や可塑性溶液を表面に塗布または浸漬させて、機械加工時の圧粉成形体の表層の割れや欠けを抑制しても構わない。   Before being subjected to machining, the surface of the compacted body is prevented from cracking or chipping by applying or immersing a volatile solution or plastic solution in which an organic binder is dissolved on the surface of the compacted body. It doesn't matter.

また、圧粉成形体に作用する引張応力を打ち消す方向に、圧粉成形体に圧縮応力を付与しながら機械加工を行い、圧粉成形体に割れや欠けが生じることを抑制しても良い。例えば、ブローチ加工で圧粉成形体に加工孔を形成する場合、ブローチが圧粉成形体を突き通すときに加工孔の出口近傍に強い引張応力が作用する。この引張応力を打ち消す圧縮応力を圧粉成形体に作用させる方法として、複数の圧粉成形体を多段に重ねることが挙げられる。最下段の圧粉成形体の下にはダミーの圧粉成形体や板材などを配置すると良い。複数の圧粉成形体を多段に重ねれば、上段側にある圧粉成形体の下面が、下段側の圧粉成形体の上面に押さえ付けられ、当該下面に圧縮応力が作用する。この多段に重ねられた圧粉成形体の上方からブローチ加工を行なえば、圧粉成形体の下面に形成される加工孔の出口付近の割れや欠けを効果的に防止できる。また、フライス加工で圧粉成形体に加工溝を形成する場合、加工溝の出口近傍に強い引張応力が作用する。その対策として、フライスの進行方向に複数の圧粉成形体を並べて、加工溝の出口となる部分に圧縮応力を作用させる構成が挙げることができる。   Further, it may be possible to suppress the occurrence of cracks or chipping in the green compact by performing machining while applying a compressive stress to the green compact in a direction to cancel the tensile stress acting on the green compact. For example, when forming a processing hole in a green compact by broaching, a strong tensile stress acts near the exit of the processing hole when the broach penetrates the green compact. As a method for applying a compressive stress to cancel the tensile stress to the green compact, a plurality of green compacts can be stacked in multiple stages. It is preferable to dispose a dummy green compact or a plate material under the lowest green compact. If a plurality of green compacts are stacked in multiple stages, the lower surface of the green compact on the upper side is pressed against the upper surface of the lower green compact, and compressive stress acts on the lower surface. If broaching is performed from above the multi-stage stacked compacts, cracks and chips near the exit of the processed holes formed on the lower surface of the compact can be effectively prevented. Moreover, when forming a processing groove in a compacting body by milling, strong tensile stress acts in the vicinity of the exit of the processing groove. As a countermeasure, a configuration in which a plurality of powder compacts are arranged in the direction of milling and a compressive stress is applied to a portion serving as an exit of the processing groove can be mentioned.

≪S4.焼結工程≫
焼結工程では、圧粉成形体を機械加工して得られた加工成形体を焼結する。圧粉成形体を焼結することによって、金属粉末の粒子同士が接触して結合された焼結体が得られる。圧粉成形体の焼結は、金属粉末の組成に応じた公知の条件を適用できる。例えば、金属粉末が鉄粉や鉄合金粉の場合、焼結温度は、例えば、1100℃以上1400℃以下、更に1200℃以上1300℃以下とすることが挙げられる。焼結時間は、例えば、15分以上150分以下、更に20分以上60分以下とすることが挙げられる。
<< S4. Sintering process >>
In the sintering step, the processed molded body obtained by machining the green compact is sintered. By sintering the green compact, a sintered body in which the metal powder particles are brought into contact with each other and bonded is obtained. For the sintering of the green compact, known conditions corresponding to the composition of the metal powder can be applied. For example, when the metal powder is iron powder or iron alloy powder, the sintering temperature is, for example, 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, and 1200 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. Examples of the sintering time include 15 minutes to 150 minutes, and further, 20 minutes to 60 minutes.

ここで、焼結体の実寸法と設計寸法との差に基づいて、加工工程における加工度合いを調整しても良い。相対密度が93%以上の高密度の圧粉成形体を加工した加工成形体は、焼結時にほぼ均等に収縮する。そのため、焼結後の実寸法と設計寸法との差に基づいて、加工工程の加工度合いを調整することで、焼結体の実寸法を設計寸法にかなり近づけることができる。その結果、次の仕上げ加工の手間と時間を少なくすることができる。機械加工をマシニングセンタで行なう場合、加工度合いの調整は容易に行なえる。   Here, the processing degree in the processing step may be adjusted based on the difference between the actual size and the design size of the sintered body. A processed molded body obtained by processing a high-density green compact with a relative density of 93% or more contracts almost uniformly during sintering. Therefore, the actual dimension of the sintered body can be made much closer to the design dimension by adjusting the processing degree of the processing step based on the difference between the actual dimension after sintering and the design dimension. As a result, it is possible to reduce labor and time for the next finishing process. When machining is performed at a machining center, the degree of machining can be easily adjusted.

≪S5.仕上げ工程≫
仕上げ工程では、焼結体の表面を研磨するなどして、焼結体の表面粗さを小さくすると共に、焼結体の寸法を設計寸法に合わせる。
<< S5. Finishing process >>
In the finishing step, the surface roughness of the sintered body is reduced by polishing the surface of the sintered body, and the dimensions of the sintered body are adjusted to the design dimensions.

≪焼結体の概要≫
以上説明した焼結体の製造方法によれば、全体の平均相対密度が93%以上である焼結体を得ることができる。焼結体の全体の平均相対密度は、焼結前の圧粉成形体の全体の平均相対密度にほぼ等しい。焼結体の全体の平均相対密度は、好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上であり、当該平均相対密度が高くなるほど焼結体の強度が高くなる。
≪Sintered body outline≫
According to the method for manufacturing a sintered body described above, a sintered body having an overall average relative density of 93% or more can be obtained. The overall average relative density of the sintered body is approximately equal to the overall average relative density of the green compact before sintering. The average relative density of the entire sintered body is preferably 95% or more, more preferably 96% or more, and further preferably 97% or more. The higher the average relative density, the higher the strength of the sintered body.

焼結体の全体の平均相対密度は、焼結体における加圧軸方向の中央近傍、一端側近傍、および他端側近傍の位置で、加圧軸方向に交差する断面(好ましくは直交する断面)をとり、各断面を画像解析することで求めることができる。より具体的には、まず各断面において複数の観察視野の画像、例えば各断面において500μm×600μm=300000μmの面積を有する観察視野の画像を10個以上取得する。各観察視野の画像は、断面における極力均等に分散した位置から取得することが好ましい。次いで、取得した各観察視野の画像を二値化処理して、観察視野に占める金属粒子の面積割合を求め、その面積割合を観察視野の相対密度と見做す。そして、各観察視野から求めた相対密度を平均し、焼結体の全体の平均相対密度を算出する。ここで、焼結体の加圧軸方向は、焼結体の作製過程で一軸加圧しているため、焼結体の断面における金属粉末の変形状態を観察することで容易に把握することができる。また、上記一端側近傍(他端側近傍)とは、例えば焼結体の表面から3mm以内の位置とすることが挙げられる。 The average relative density of the entire sintered body is a cross-section (preferably a cross-section that intersects perpendicularly) in the vicinity of the center in the pressure axis direction, near one end side, and near the other end side of the sintered body. ) And image analysis of each cross section. More specifically, first, images of a plurality of observation fields are obtained in each cross section, for example, 10 or more images of an observation field having an area of 500 μm × 600 μm = 300000 μm 2 in each cross section. It is preferable to acquire images of each observation field from positions dispersed as evenly as possible in the cross section. Next, the acquired image of each observation visual field is binarized to determine the area ratio of the metal particles in the observation visual field, and the area ratio is regarded as the relative density of the observation visual field. And the relative density calculated | required from each observation visual field is averaged, and the average relative density of the whole sintered compact is computed. Here, since the pressing axis direction of the sintered body is uniaxially pressed in the production process of the sintered body, it can be easily grasped by observing the deformation state of the metal powder in the cross section of the sintered body. . Further, the vicinity of the one end side (near the other end side) is, for example, a position within 3 mm from the surface of the sintered body.

<作製例>
作製例では、実施形態の焼結体の製造方法、または従来の焼結体の製造方法によって図2に示すプラネタリギア2とプラネタリキャリア3の組物1を作製した。プラネタリギア2は、図3に示すように、歯20を軸線(一点鎖線参照)に対して斜めに切ったヘリカルギアである。また、プラネタリキャリア3は、図2,4に示すように、円盤状の第一部品31と、円板部32sに三つのブリッジ部32bが形成された第二部品32と、で構成されている。
<Production example>
In the production example, the assembly 1 of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 shown in FIG. 2 was produced by the manufacturing method of the sintered body of the embodiment or the conventional manufacturing method of the sintered body. As shown in FIG. 3, the planetary gear 2 is a helical gear in which the teeth 20 are cut obliquely with respect to the axis (see the alternate long and short dash line). As shown in FIGS. 2 and 4, the planetary carrier 3 includes a disk-shaped first component 31 and a second component 32 in which three bridge portions 32 b are formed on a disc portion 32 s. .

≪試料A;実施形態の焼結体の製造方法≫
まず、Fe−2質量%Ni−0.5質量%Moの合金粉末に、0.3質量%C(グラファイト)粉末を混合した原料粉末を用意した。原料粉末の真密度は、約7.8g/cmである。
<< Sample A; Method for Producing Sintered Body of Embodiment >>
First, the raw material powder which mixed 0.3 mass% C (graphite) powder with the alloy powder of Fe-2 mass% Ni-0.5 mass% Mo was prepared. The true density of the raw material powder is about 7.8 g / cm 3 .

次に、上記原料粉末を一軸加圧によって加圧成形して、次の三つの圧粉成形体を作製した。成形圧力はいずれも1200MPaとした。
・プラネタリギア2用の円柱状の圧粉成形体…直径50mm×高さ20mm
・第一部品31用の円盤状の圧粉成形体…直径130mm×高さ35mm
・第二部品32用の円柱状の圧粉成形体…直径130mm×高さ35mm
Next, the raw material powder was press-molded by uniaxial pressing to produce the following three compacts. The molding pressure was 1200 MPa for all.
-A cylindrical compact for planetary gear 2 ... Diameter 50mm x Height 20mm
-Disc shaped compact for the first part 31 ... Diameter 130mm x Height 35mm
-Columnar compact for the second part 32 ... Diameter 130mm x Height 35mm

上記三つの圧粉成形体の全体の平均相対密度を求めたところ、いずれも93%以上となっていた。圧粉成形体の平均相対密度は、上記≪S2.成形工程≫の項目で述べたように、加圧軸方向の中央近傍と両端部近傍で断面を取り、各断面の300000μm以上の面積を有する10個以上の観察視野を画像解析することで求めた。具体的な圧粉成形体の平均相対密度は約96.2%であり、それを平均嵩密度になおすと、圧粉成形体の平均嵩密度は7.5g/cmであった。 When the average relative density of the whole of the above three compacts was determined, all were 93% or more. The average relative density of the green compact is the above << S2. As described in the section of “Molding process”, a cross section is taken near the center and near both ends in the direction of the pressing axis, and 10 or more observation fields having an area of 300000 μm 2 or more in each cross section are obtained by image analysis. It was. The average relative density of the specific green compact was about 96.2%. When the average relative density was corrected, the average bulk density of the green compact was 7.5 g / cm 3 .

次いで、市販のマシニングセンタを用いて、作製した各圧粉成形体に機械加工を施し、所望の形状の加工成形体を作製した。プラネタリギア2用の圧粉成形体の機械加工では、軸線に対して50°傾いた歯20を形成した。第一部品31用の圧粉成形体の機械加工では、図1に示すように、削り出しによってボス部31bを形成すると共に、ボス部31bの中央に孔を形成し、その孔の内部にインターナルギアの歯を形成した。第二部品32用の圧粉成形体の機械加工では、削り出しによってブリッジ部32bを形成すると共に、図4の下段図に示すようにブリッジ部32bの根元部分のうち、円板部32sに繋がる内周面部分(黒矢印で示す部分を参照)をR形状に形成した。当該内周面部分をR形状とすることで、ブリッジ部32bの強度を向上させることができる。上記いずれの圧粉成形体の機械加工においても、圧粉成形体に割れや欠けなどは生じなかった。機械加工によって生じた加工屑は、圧粉成形体を構成する個々の粒子が分離してなる金属粉末であった。   Subsequently, using the commercially available machining center, each produced compacting body was machine-processed, and the processing molded object of the desired shape was produced. In machining the green compact for the planetary gear 2, teeth 20 inclined by 50 ° with respect to the axis were formed. In the machining of the green compact for the first component 31, as shown in FIG. 1, a boss portion 31b is formed by machining, a hole is formed in the center of the boss portion 31b, and an internal part is formed inside the hole. Lugia teeth were formed. In the machining of the green compact for the second part 32, the bridge portion 32b is formed by cutting, and, as shown in the lower part of FIG. 4, the base portion of the bridge portion 32b is connected to the disc portion 32s. The inner peripheral surface portion (see the portion indicated by the black arrow) was formed in an R shape. By making the said inner peripheral surface part into R shape, the intensity | strength of the bridge part 32b can be improved. In the machining of any of the above green compacts, no cracks or chips were generated in the green compact. The processing waste generated by machining was a metal powder formed by separating individual particles constituting the green compact.

次に、加工成形体を焼結し、焼結体で構成されるプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3を作製した。その焼結時に、焼結体に割れや欠けは生じなかった。最後に、研磨加工などによってプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3の寸法を設計寸法に近づけると共に、表面粗さを小さくした。   Next, the processed molded body was sintered, and the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 composed of the sintered body were produced. During the sintering, no cracks or chips occurred in the sintered body. Finally, the dimensions of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 were brought close to the design dimensions by polishing or the like, and the surface roughness was reduced.

試料Aのプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3の平均相対密度を求めたところ、いずれも約93%以上となっていた。プラネタリギア2、およびプラネタリキャリア3(焼結体)の平均相対密度は、上記≪焼結体≫の項目で述べたように、加圧軸方向の中央近傍と両端部近傍で断面を取り、各断面の300000μm以上の面積を有する10個以上の観察視野を画像解析することで求めた。具体的なプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3の平均相対密度は約96.2%であり、それを平均嵩密度になおすと、プラネタリギア2およびプラネタリキャリア3の平均嵩密度は7.5g/cmであった。ここで、断面から取得した観察視野の中にはプラネタリギア2の歯20の部分が含まれており、その部分単独で相対密度を求めても、当該部分の相対密度が96.2%となっていることが確認できた。 When the average relative densities of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of Sample A were determined, both were about 93% or more. The average relative density of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 (sintered body) is as follows. It calculated | required by image-analyzing the 10 or more observation visual field which has an area of 300000 micrometers 2 or more of a cross section. Specifically, the average relative density of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 is about 96.2%. When the average relative density is adjusted to the average bulk density, the average bulk density of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 is 7.5 g / cm 3. Met. Here, the observation visual field acquired from the cross section includes the portion of the teeth 20 of the planetary gear 2, and even if the relative density of the portion alone is obtained, the relative density of the portion is 96.2%. It was confirmed that

この試料Aのプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3は、溶製法で作製された金属固化体からなるプラネタリギアとプラネタリキャリアに匹敵する機械強度を備えていた。そのため、試料Aのプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3は、自動車の構成部品として十分に利用可能であることが分かった。   The planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of Sample A had a mechanical strength comparable to that of a planetary gear and a planetary carrier made of a solidified metal produced by a melting method. Therefore, it has been found that the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of the sample A can be sufficiently used as automobile components.

≪試料B;従来の焼結体の製造方法≫
試料Aと同様の原料粉末を用意し、ニアネットシェイプ成形によってプラネタリギア2に近い形状の圧粉成形体とプラネタリキャリア3に近い形状の圧粉成形体を作製した。プラネタリギア2はヘリカルギアであるので、プラネタリギア2のニアネットシェイプ成形には回転プレス機を用いた。回転プレス機では、軸線に対する歯20の傾きを45°以上にはできない。また、回転プレス機を用いた成形圧力は600MPaよりもかなり低い値にしかできなかった。
«Sample B; conventional method of manufacturing a sintered body»
The same raw material powder as that of Sample A was prepared, and a green compact having a shape close to the planetary gear 2 and a green compact having a shape close to the planetary carrier 3 were prepared by near net shape molding. Since the planetary gear 2 is a helical gear, a rotary press machine was used for forming the near-net shape of the planetary gear 2. In the rotary press, the inclination of the teeth 20 with respect to the axis cannot be 45 ° or more. Further, the molding pressure using a rotary press machine could only be much lower than 600 MPa.

ニアネットシェイプの圧粉成形体を焼結し、仕上げ加工を行なうことで、試料Bに係るプラネタリギア2とプラネタリキャリア3を作製した。この試料Bのプラネタリギア2とプラネタリキャリア3について、試料Aと同様の手法によって断面の観察視野の相対密度を求めたところ、観察視野ごとの相対密度にばらつきがあった。具体的には、プラネタリギア2の歯20の部分の平均相対密度=約88.5%(平均嵩密度は6.9g/cm)、歯20以外の部分の平均相対密度=約89.7%(平均嵩密度は7.0g/cm)であった。また、試料Bの全体の平均相対密度は89%前後である。 The planetary gear 2 and the planetary carrier 3 according to the sample B were produced by sintering a compact molded body of a near net shape and performing a finishing process. With respect to the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of the sample B, the relative density of the observation field of the cross section was obtained by the same method as that of the sample A. As a result, the relative density of each observation field varied. Specifically, the average relative density of the teeth 20 portion of the planetary gear 2 is about 88.5% (average bulk density is 6.9 g / cm 3 ), and the average relative density of portions other than the teeth 20 is about 89.7. % (Average bulk density was 7.0 g / cm 3 ). Further, the average relative density of the entire sample B is about 89%.

この試料Bのプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3の機械的強度は、溶製法で作製された金属固化体からなるプラネタリギアとプラネタリキャリアに比べて大きく劣っていた。特に、使用時に高い応力が作用するプラネタリギア2の歯20の相対密度が低いため、試料Bのプラネタリギア2およびプラネタリキャリア3は、自動車の構成部品としては不適当であると考えられる。   The mechanical strengths of the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of Sample B were significantly inferior to those of the planetary gear and the planetary carrier made of a solidified metal produced by a melting method. In particular, since the relative density of the teeth 20 of the planetary gear 2 to which high stress acts during use is low, the planetary gear 2 and the planetary carrier 3 of the sample B are considered to be inappropriate as components of an automobile.

本発明の焼結体の製造方法は、金型を用いた加圧成形のみでは成形することが困難な複雑な形状を有する焼結部品の製造に好適に利用可能である。   The method for producing a sintered body of the present invention can be suitably used for producing a sintered part having a complicated shape that is difficult to form only by pressure molding using a mold.

1 組物
2 プラネタリギア 20 歯
3 プラネタリキャリア
31 第一部品 31b ボス部
32 第二部品 32s 円板部 32b ブリッジ部
100 切削工具
200 圧粉成形体 201 加工屑 202 金属粒子
300 金属固化体 301 加工屑
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Assembly 2 Planetary gear 20 Tooth 3 Planetary carrier 31 1st part 31b Boss part 32 2nd part 32s Disk part 32b Bridge part 100 Cutting tool 200 Powder compacting body 201 Processing waste 202 Metal particle 300 Metal solid body 301 Processing waste

Claims (8)

鉄系の金属粉末を含む原料粉末を用意する準備工程と、
金型を用いて前記原料粉末を一軸加圧することで、全体の平均相対密度が93%以上の圧粉成形体を作製する成形工程と、
前記圧粉成形体を機械加工して加工成形体を作製する加工工程と、
前記加工成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を備える焼結体の製造方法。
Preparing a raw material powder containing iron-based metal powder;
A molding step of producing a green compact having an overall average relative density of 93% or more by uniaxially pressing the raw material powder using a mold;
A processing step of machining the green compact to produce a processed compact; and
A sintering step of sintering the processed molded body to obtain a sintered body;
A method for producing a sintered body comprising:
前記加工工程において、前記圧粉成形体をヘリカルギア形状に加工する請求項1に記載の焼結体の製造方法。   The method for manufacturing a sintered body according to claim 1, wherein in the processing step, the green compact is processed into a helical gear shape. 前記一軸加圧の圧力は、600MPa以上である請求項1または請求項2に記載の焼結体の製造方法。   The method for producing a sintered body according to claim 1 or 2, wherein the pressure of the uniaxial pressurization is 600 MPa or more. 前記加工工程は、切削加工法を用いて行なう請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の焼結体の製造方法。   The said manufacturing process is a manufacturing method of the sintered compact of any one of Claims 1-3 performed using the cutting method. 前記加工工程は、加工工具によって前記圧粉成形体に作用する引張応力を打ち消す方向に、前記圧粉成形体に圧縮応力を付与しながら行なう請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の焼結体の製造方法。   The said processing process is performed while giving compressive stress to the said compacting body in the direction which cancels the tensile stress which acts on the said compacting body with a processing tool. The manufacturing method of the sintered compact of this. 鉄系の焼結体であって、
前記焼結体の全体の平均相対密度が93%以上である焼結体。
An iron-based sintered body,
The sintered compact whose average relative density of the said sintered compact is 93% or more.
前記焼結体はヘリカルギアである請求項6に記載の焼結体。   The sintered body according to claim 6, wherein the sintered body is a helical gear. 前記ヘリカルギアの歯は、前記ヘリカルギアの軸線に対して30°以上傾いている請求項7に記載の焼結体。   The sintered body according to claim 7, wherein the teeth of the helical gear are inclined by 30 ° or more with respect to the axis of the helical gear.
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