JP2020172697A - 焼結部品の製造方法、及び焼結部品 - Google Patents

Abstract

【課題】疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品を製造することができる焼結部品の製造方法を提供する。【解決手段】シリコンを０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以上１．５質量％以下、クロムを０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケルを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金の粉末を含む原料粉を用意する工程と、前記原料粉を金型内に充填し、１４７０ＭＰａ以上の成形圧力で加圧成形して圧粉体を作製する工程と、前記圧粉体を機械部品の形状に切削加工して加工体を作製する工程と、前記加工体を１２００℃未満の焼結温度で焼結して焼結体を作製する工程と、前記焼結体を焼入れする工程と、前記焼入れする工程の後、前記焼結体を焼戻しする工程と、を備える、焼結部品の製造方法。【選択図】図１

Description

本開示は、焼結部品の製造方法、及び焼結部品に関する。

従来、鉄基合金の粉末を加圧成形して焼結した焼結体が、自動車や産業機械などの機械部品に利用されている。焼結体からなる焼結部品は、鉄基合金の粉末を含む原料粉を圧縮することによって圧粉体を成形した後、圧粉体を焼結することで製造されている。また、焼結体に対して、焼入れなどの熱処理をすることがある。特許文献１は、相対密度が９３％以上である鉄系焼結体を開示する。

特開２０１７−１８６６２５号公報

焼結部品（焼結体）において、強度や硬度といった機械的特性の向上が望まれている。特に、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れることが求められている。

本開示は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品を製造することができる焼結部品の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品を提供することを目的の一つとする。

本開示の焼結部品の製造方法は、
シリコンを０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以上１．５質量％以下、クロムを０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケルを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金の粉末を含む原料粉を用意する工程と、
前記原料粉を金型内に充填し、１４７０ＭＰａ以上の成形圧力で加圧成形して圧粉体を作製する工程と、
前記圧粉体を機械部品の形状に切削加工して加工体を作製する工程と、
前記加工体を１２００℃未満の焼結温度で焼結して焼結体を作製する工程と、
前記焼結体を焼入れする工程と、
前記焼入れする工程の後、前記焼結体を焼戻しする工程と、を備える。

本開示の焼結部品は、
シリコンを０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以上１．５質量％以下、クロムを０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケルを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金からなる組成を有し、
相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度がビッカース硬さで６００ＨＶ以上である焼結体からなる。

本開示の焼結部品の製造方法は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品を製造することができる。また、本開示の焼結部品は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる。

図１は、実施形態に係る焼結部品の一例を示す概略斜視図である。 図２は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における原料粉を用意する工程を説明する説明図である。 図３は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における圧粉体を作製する工程の一例を説明する説明図である。 図４は、圧粉体の一例を示す概略斜視図である。 図５は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における加工体を作製する工程の一例を説明する説明図である。 図６は、加工体の一例を示す概略斜視図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の実施形態に係る焼結部品の製造方法は、
シリコン（Ｓｉ）を０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）を０．１質量％以上１．５質量％以下、クロム（Ｃｒ）を０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガン（Ｍｎ）を０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金の粉末を含む原料粉を用意する工程と、
前記原料粉を金型内に充填し、１４７０ＭＰａ以上の成形圧力で加圧成形して圧粉体を作製する工程と、
前記圧粉体を機械部品の形状に切削加工して加工体を作製する工程と、
前記加工体を１２００℃未満の焼結温度で焼結して焼結体を作製する工程と、
前記焼結体を焼入れする工程と、
前記焼入れする工程の後、前記焼結体を焼戻しする工程と、を備える。

本開示の焼結部品の製造方法は、上記特定の組成を有する鉄基合金の粉末を原料粉に用いることで、高強度で、かつ高硬度の焼結体を作製することができる。したがって、本開示の焼結部品の製造方法は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品を製造することができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、原料粉として、上記特定の組成を有する鉄基合金の粉末（以下、「鉄基合金粉」という場合がある）を用いる。上記特定の組成を有する鉄基合金粉は圧縮性を改善できる。そのため、上記鉄基合金粉を用いることで、圧粉体の密度を高めることができ、緻密な圧粉体を成形し易い。結果として、高密度の焼結体を作製することができる。焼結体を高密度化することにより、焼結体中に存在する空孔が少なくなるため、焼結体の強度が向上する。よって、本開示の焼結部品の製造方法は、焼結部品の疲労強度を向上させることができる。

本開示の焼結部品の製造方法において、鉄基合金粉を用いて作製した焼結体は、鉄基合金粉と実質的に同じ組成の鉄基合金からなり、上記特定の組成を有する。上記特定の組成を有する鉄基合金は、鉄（Ｆｅ）とＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素とが合金化することによって強度及び硬度が向上する。そのため、上記鉄基合金粉を用いることで、高強度で、かつ高硬度の焼結体を作製することができる。よって、本開示の焼結部品の製造方法は、焼結部品の疲労強度及び耐摩耗性を向上させることができる。

更に、上記特定の組成を有する鉄基合金は焼入れ性を改善できる。そのため、焼結体を焼入れした場合、焼結体の内部までマルテンサイト化し易い。その結果、焼結体の硬度が向上する。よって、本開示の焼結部品の製造方法は、焼結部品の耐摩耗性を向上させることができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、圧粉体を作製する工程において、成形圧力を１４７０ＭＰａ以上とする。これにより、高密度で緻密な圧粉体を成形することができる。そのため、焼結体を高密度化することが可能である。よって、焼結部品の疲労強度を向上させることができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、圧粉体を作製する工程の後、焼結体を作製する工程の前に、加工体を作製する工程において圧粉体を切削加工する。圧粉体は、焼結体に比べて加工負荷が小さく、切削加工が容易である。そのため、圧粉体を機械部品の形状に容易に加工することができる。よって、複雑形状の機械部品であっても効率的に加工することが可能であり、加工時間を短縮することができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、焼結体を作製する工程において、焼結温度を１２００℃未満とする。これにより、焼結に伴う焼結体の収縮を抑制することができる。焼結時の寸法変化が小さくなるため、焼結体の良好な寸法精度を確保し易い。加えて、焼結体において、収縮に伴う歪が生じ難くなるため、焼結体の強度低下を抑制することができる。更に、焼結時の粒成長を抑制し、結晶粒の粗大化を抑制することができる。よって、焼結部品の疲労強度を向上させることができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、焼結体を焼入れする工程を備える。焼結体を焼入れすることによって、焼結体の硬度が向上する。よって、焼結部品の耐摩耗性を一層向上させることができる。

本開示の焼結部品の製造方法は、焼結体を焼戻しする工程を備える。焼入れした焼結体を焼戻しすることによって、焼結体の靭性が向上する。靭性の向上により、焼結部品の耐衝撃性を向上させることができる。

（２）本開示の焼結部品の製造方法の一形態として、
前記鉄基合金の組成は、シリコン（Ｓｉ）の含有量をｘ質量％、モリブデン（Ｍｏ）の含有量をａ質量％、クロム（Ｃｒ）の含有量をｂ質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有量をｃ質量％とするとき、以下の式（１）を満たすことが挙げられる。
（５０．２５×ｘ）＋（２５．６×ａ）＋（４１．２×ｂ）＋（３８．０×ｃ）＋９０＜１６０・・・（１）

鉄基合金粉の組成が上記式（１）を満たすことで、鉄基合金粉の圧縮性を改善し易い。そのため、圧粉体を作製する工程において、高密度で緻密な圧粉体を成形し易い。結果として、焼結体を高密度化することが容易である。よって、上記形態は、焼結部品の疲労強度をより向上させることができる。

（３）本開示の焼結部品の製造方法の一形態として、
前記鉄基合金の組成は、シリコン（Ｓｉ）の含有量をｘ質量％、モリブデン（Ｍｏ）の含有量をａ質量％、クロム（Ｃｒ）の含有量をｂ質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有量をｃ質量％、ニッケル（Ｎｉ）の含有量をｄ質量％とするとき、以下の式（２）を満たすことが挙げられる。
［（１＋ｘ）×１．５５］×［（１＋ａ）×４．７５］×［（１＋ｂ）×４］×［（１＋ｃ）×５．７５］×［（１＋ｄ）×１］＞１５００・・・（２）

鉄基合金粉の組成が上記式（２）を満たすことで、焼結体の焼入れ性を改善し易い。そのため、焼結体を焼入れする工程において、焼入れによるマルテンサイト化を促進させることができる。その結果、焼結体の硬度がより向上する。よって、上記形態は、焼結部品の耐摩耗性をより向上させることができる。

（４）本開示の焼結部品の製造方法の一形態として、
前記圧粉体の相対密度が９６．５％以上であることが挙げられる。

圧粉体の相対密度が９６．５％以上であることで、相対密度が９６．５％以上という高密度の焼結体を作製することができる。よって、上記形態は、焼結部品の疲労強度をより向上させることができる。また、圧粉体の相対密度が９６．５％以上であれば、圧粉体中に存在する空孔が少ないため、焼結時の収縮量が小さくなる。よって、焼結時の寸法変化が小さいため、良好な寸法精度の焼結体を得ることができる。

（５）本開示の焼結部品の製造方法の一形態として、
前記鉄基合金の粉末に炭素粉を０．１質量％以上０．５質量％以下添加することが挙げられる。

鉄基合金粉に炭素粉を添加することで、焼結時に鉄基合金中に炭素（Ｃ）が拡散して合金化することにより、焼結体の強度及び硬度がより向上する。よって、上記形態は、焼結部品の疲労強度及び耐摩耗性をより向上させることができる。

（６）本開示の実施形態に係る焼結部品は、
シリコン（Ｓｉ）を０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）を０．１質量％以上１．５質量％以下、クロム（Ｃｒ）を０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガン（Ｍｎ）を０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金からなる組成を有し、
相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度がビッカース硬さで６００ＨＶ以上である焼結体からなる。

本開示の焼結部品を構成する焼結体は、上記特定の鉄基合金からなる組成を有することで、高強度で、かつ高硬度である。したがって、本開示の焼結部品は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる。

また、焼結体の相対密度が９６．５％以上であることで、焼結体中に存在する空孔が少ない。そのため、焼結体の強度が高い。よって、本開示の焼結部品は疲労強度が高い。更に、本開示の焼結部品は、焼結体の表面硬度が６００ＨＶ以上であることで、耐摩耗性に優れる。

本開示の焼結部品は、機械部品の中でも、特に疲労強度や耐摩耗性が要求される歯車などに好適に利用できる。

（７）本開示の焼結部品の一形態として、
前記焼結体の表面から深さ１００μｍまでの領域における炭素（Ｃ）の含有量が０．５質量％以上１．５質量％以下であることが挙げられる。

焼結体の表面から深さ１００μｍまでの領域（以下、「表層領域」）において、Ｃの含有量が上記範囲内であることで、炭素濃度が高い。そのため、表層領域が硬化して、焼結体の表面硬度が向上する。よって、上記形態は、焼結部品の耐摩耗性を向上させることができる。

（８）本開示の焼結部品の一形態として、
前記焼結体の外周面及び内周面の少なくとも一方に複数の歯が形成された歯車形状を有することが挙げられる。

歯車形状を有する上記形態の焼結部品は、所謂焼結歯車である。上記形態は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結歯車が得られる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本開示の実施形態に係る焼結部品の製造方法、及び焼結部品を説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。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。

＜実施形態＞
［焼結部品の製造方法］
実施形態に係る焼結部品の製造方法の特徴の１つは、原料粉として、特定の組成を有する鉄基合金の粉末（鉄基合金粉）を用いる点にある。鉄基合金粉を用いて作製した焼結体からなる焼結部品は、鉄基合金粉と実質的に同じ鉄基合金からなる組成を有する。まず、鉄基合金粉の組成について説明する。

（鉄基合金粉の組成）
鉄基合金は、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）及び不純物からなる合金である。鉄基合金に含有する各元素の含有量は次のとおりである。
Ｓｉ：０．１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｏ：０．１質量％以上１．５質量％以下
Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｎ：０．１質量％以上０．７５質量％以下
Ｎｉ：０．５質量％以上５．０質量％以下

鉄基合金は、Ｆｅに加えて、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素を含有する。各元素の含有量が上記範囲内であることで、Ｆｅと各元素とが合金化することによって強度及び硬度が向上する。そのため、鉄基合金粉を用いることで、高強度で、かつ高硬度の焼結体を作製することができる。

上記元素の中でも、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ及びＭｎの含有量が上記範囲内であることで、鉄基合金が硬くなり過ぎることを抑制できる。そのため、鉄基合金粉の圧縮性を改善できる。上記組成を有する鉄基合金粉を用いることで、高密度で緻密な圧粉体を成形し易い。結果として、高密度の焼結体を作製することができる。焼結体を高密度化することにより、焼結体の強度が向上する。

更に、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素は、焼入れ性の向上に寄与する。各元素の含有量が上記範囲内であることで、焼結体の焼入れ性を改善できる。そのため、焼結体を焼入れした場合、焼結体の内部までマルテンサイト化し易く、焼入れ深さを増大させることができる。よって、焼入れによって焼結体の内部まで硬度が向上する。また、焼入れ性がよいため、焼結体を大型化（大径化）しても、焼結体の内部まで十分に焼入れが可能である。上記元素の中でも、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎは焼入れ倍数が高く、焼入れ性の向上に有効である。特に、Ｍｎは、焼入れ倍数が最も高く、焼入れ性の向上効果が大きい。

鉄基合金に含有する各元素の作用効果と含有量の限定理由について説明する。

〈Ｓｉ：０．１〜０．５質量％〉
Ｓｉは、焼結体の焼入れ性を向上させると共に、硬度を向上させる効果がある。これにより、焼結体の内部までマルテンサイト化を促進させることができ、加えて高い硬度を維持できる。焼入れ性の向上により、焼結体を大型化（大径化）しても、焼入れによって焼結体の内部まで硬度が高くなる。このような効果を得るためには、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上とする。Ｓｉを０．５質量％超含有しても、その効果が飽和するばかりでなく、鉄基合金が硬くなり過ぎるおそれがある。そのため、鉄基合金粉の圧縮性の低下を招く場合がある。また、Ｓｉを過剰に含有すると、粒界酸化が生じ易くなる。そのため、焼結体の脆性化を招くおそれがある。よって、Ｓｉの含有量の上限は０．５質量％以下とする。Ｓｉの含有量の上限は、好ましくは０．４質量％未満である。Ｓｉの含有量は０．１５質量％以上０．２５質量％以下でもよい。

〈Ｍｏ：０．１〜１．５質量％〉
Ｍｏは、焼結体の焼入れ性を向上させると共に、靭性を向上させる効果がある。これにより、焼結体の内部までマルテンサイト化を促進させることができ、加えて靭性も改善することができる。よって、硬度と靭性のバランスに優れる焼結体とすることができる。焼入れ性の向上により、焼結体を大型化（大径化）しても、焼入れによって内部まで硬度が高くなる。このような効果を得るためには、Ｍｏの含有量は０．１質量％以上とする。Ｍｏを１．５質量％超含有しても、その効果が飽和するばかりでなく、鉄基合金が硬くなり過ぎるおそれがある。そのため、鉄基合金粉の圧縮性の低下を招く場合がある。また、Ｍｏを過剰に含有すると、マルテンサイト変態の開始が遅くなることにより、残留オーステナイトが多くなる。そのため、焼結体が軟化して硬度が低下するおそれがある。よって、Ｍｏの含有量の上限は１．５質量％以下とする。Ｍｏの含有量は０．５質量％以上１．３質量％以下でもよい。

〈Ｃｒ：０．１〜０．５質量％〉
Ｃｒは、焼結体の焼入れ性を向上させると共に、硬度を向上させる効果がある。これにより、焼結体の内部までマルテンサイト化を促進させることができ、加えて高い硬度を維持できる。焼入れ性の向上により、焼結体を大型化（大径化）しても、焼入れによって内部まで硬度が高くなる。このような効果を得るためには、Ｃｒの含有量は０．１質量％以上とする。Ｃｒを０．５質量％超含有しても、その効果が飽和するばかりでなく、鉄基合金が硬くなり過ぎるおそれがある。そのため、鉄基合金粉の圧縮性の低下を招く場合がある。また、Ｃｒを過剰に含有すると、粒界酸化が生じ易くなる。そのため、焼結体の脆性化を招くおそれがある。更に、マルテンサイト変態の開始が遅くなることにより、残留オーステナイトが多くなる。そのため、焼結体が軟化して硬度が低下するおそれがある。よって、Ｃｒの含有量の上限は０．５質量％以下とする。Ｃｒの含有量は０．１５質量％以上０．３質量％以下でもよい。

〈Ｍｎ：０．１〜０．７５質量％〉
Ｍｎは、焼結体の焼入れ性を向上させる効果がある。これにより、焼結体の内部までマルテンサイト化を促進させることができる。よって、焼結体を大型化（大径化）しても、焼入れによって内部まで硬度が高くなる。このような効果を得るためには、Ｍｎの含有量は０．１質量％以上とする。Ｍｎを０．７５質量％超含有しても、その効果が飽和するばかりでなく、鉄基合金が硬くなり過ぎるおそれがある。そのため、鉄基合金粉の圧縮性の低下を招く場合がある。また、Ｍｎを過剰に含有すると、粒界酸化が生じ易くなる。そのため、焼結体の脆性化を招くおそれがある。更に、マルテンサイト変態の開始が遅くなることにより、残留オーステナイトが多くなる。そのため、焼結体が軟化して硬度が低下するおそれがある。よって、Ｍｎの含有量の上限は０．７５質量％以下とする。Ｍｎの含有量は０．１５質量％以上０．２５質量％以下でもよい。

〈Ｎｉ：０．５〜５．０質量％〉
Ｎｉは、焼結体の靭性を向上させる効果がある。これにより、焼結体の靭性を改善できるので、硬度と靭性のバランスに優れる焼結体とすることができる。このような効果を得るためには、Ｎｉの含有量は０．５質量％以上とする。Ｎｉを５．０質量％超含有すると、マルテンサイト化が起こり難くなり、残留オーステナイトが多くなる。そのため、焼結体が軟化して硬度が低下するおそれがある。よって、Ｎｉの含有量の上限は５．０質量％以下とする。Ｎｉの含有量は１．０質量％以上３．０質量％以下でもよい。

〈不純物〉
鉄基合金に含まれる不純物は、不可避不純物を含む。不可避不純物としては、例えば硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）、酸素（Ｏ）などの元素が挙げられる。不可避不純物の各元素の含有量は、例えば０．２質量％以下、更に０．０５質量％以下が挙げられる。不純物の合計含有量は、例えば１質量％以下、更に０．５質量％以下、０．１質量％以下が挙げられる。

鉄基合金粉の組成は、Ｓｉの含有量をｘ質量％、Ｍｏの含有量をａ質量％、Ｃｒの含有量をｂ質量％、Ｍｎの含有量をｃ質量％とするとき、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
（５０．２５×ｘ）＋（２５．６×ａ）＋（４１．２×ｂ）＋（３８．０×ｃ）＋９０＜１６０・・・（１）

鉄基合金粉の組成が式（１）を満たすことで、鉄基合金粉の圧縮性を改善し易い。そのため、高密度で緻密な圧粉体を成形し易い。結果として、焼結体を高密度化することが容易である。式（１）の左辺の値が小さいほど、圧縮性を改善する効果が高くなる傾向がある。式（１）の右辺の値は、１５５以下、１５０以下、１４５以下でもよい。

鉄基合金粉の組成は、Ｓｉの含有量をｘ質量％、Ｍｏの含有量をａ質量％、Ｃｒの含有量をｂ質量％、Ｍｎの含有量をｃ質量％、Ｎｉの含有量をｄ質量％とするとき、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
［（１＋ｘ）×１．５５］×［（１＋ａ）×４．７５］×［（１＋ｂ）×４］×［（１＋ｃ）×５．７５］×［（１＋ｄ）×１］＞１５００・・・（２）

鉄基合金粉の組成が式（２）を満たすことで、焼結体の焼入れ性を改善し易い。そのため、焼結体を焼入れした場合、焼入れによるマルテンサイト化を促進させることができる。その結果、焼結体の硬度がより向上する。式（２）の左辺の値が大きいほど、焼入れ性を改善する効果が高くなる傾向がある。式（２）の右辺の値が１５００超であれば、十分な効果が得られる。

（炭素粉）
更に、鉄基合金粉に炭素粉を０．１質量％以上０．５質量％以下添加してもよい。鉄基合金粉に炭素粉を添加することで、焼結時に鉄基合金中に炭素（Ｃ）が拡散して合金化することにより、焼結体の強度及び硬度がより向上する。このような効果を得るためには、炭素粉の添加量は、鉄基合金粉と炭素粉との総量を１００質量％として、０．１質量％以上とするとよい。炭素粉を０．５質量％超添加すると、セメンタイトが析出し易くなる。そのため、焼結体の強度低下を招くおそれがある。よって、炭素粉の添加量の上限は０．５質量％以下とすることが好ましい。炭素粉の添加量は、例えば０．１５質量％以上０．４質量％以下、０．２質量％以上０．３質量％以下でもよい。

鉄基合金粉に炭素粉を０．１質量％以上０．５質量％以下添加した場合、焼結体の組成（後述する内部領域における組成）は、上述した鉄基合金粉の組成に加えて、Ｃを０．１質量％以上０．５質量％以下含有する焼結合金からなる組成を有することになる。

図１〜図６を参照して実施形態に係る焼結部品の製造方法について、具体例と共に説明する。実施形態に係る焼結部品の製造方法は、以下の工程を備える。
第一の工程：鉄基合金粉１０１を含む原料粉１００を用意する（図２参照）。
第二の工程：原料粉１００を加圧成形して圧粉体２０を作製する（図３、図４参照）。
第三の工程：圧粉体２０を切削加工して加工体３０を作製する（図５、図６参照）。
第四の工程：加工体３０を焼結して焼結体１０を作製する（図１参照）。
第五の工程：焼結体１０を焼入れする。
第六の工程：焼入れ後、焼結体１０を焼戻しする。

図１は、実施形態に係る焼結部品の製造方法によって製造する焼結部品１の具体例を示す。焼結部品１は焼結体１０からなる。図１に例示する焼結部品１は、焼結体１０の外周面１１に複数の歯１３が形成された歯車形状を有する外歯歯車である。また、焼結部品１は、焼結体１０の端面１５の中央部に貫通孔１７が形成されている。

（第一の工程：用意工程）
この工程では、図２に示すように、鉄基合金粉１０１を含む原料粉１００を用意する。鉄基合金粉１０１は、上述した特定の組成を有する鉄基合金からなる。また、原料粉１００として、鉄基合金粉１０１に炭素粉１０３を０．１質量％以上０．５質量％以下添加してもよい。

原料粉の粒径は適宜選択できる。鉄基合金粉１０１の平均粒径は、例えば２０μｍ以上２００μｍ以下、更に５０μｍ以上１５０μｍ以下が挙げられる。原料粉１００の主体となる鉄基合金粉１０１の平均粒径が上記範囲内である場合、後述する第二の工程（成形工程）において、原料粉１００を加圧成形し易い。そのため、高密度で緻密な圧粉体２０（図４）を作製し易い。

炭素粉１０３の平均粒径は、例えば１μｍ以上３０μｍ以下程度が挙げられる。炭素粉１０３は、鉄基合金粉１０１よりも平均粒径が小さいものを利用できる。炭素粉１０３の平均粒径が小さいと、鉄基合金粉１０１と炭素粉１０３とを混合したときに、鉄基合金粉１０１中に炭素粉１０３が均一に分散し易い。そのため、後述する第四の工程（焼結工程）において、焼結時に鉄基合金中にＣが均一に拡散して合金化し易い。

ここでの平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置によって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。

その他、原料粉１００は、潤滑剤及びバインダの少なくとも一方を含有してもよい。潤滑剤及びバインダの合計含有量は、原料粉１００全体を１００質量％として、例えば０．１質量％以下とすると、緻密な圧粉体２０（図４）を作製し易い。原料粉１００が潤滑剤及びバインダを含有しなければ、より緻密な圧粉体２０を作製し易い上に、後工程で圧粉体２０を脱脂する必要もない。この点で、潤滑剤などの省略は、焼結部品１の量産性の向上に寄与する。潤滑剤は、例えば高級脂肪酸、金属石鹸、脂肪酸アミド、高級脂肪酸アミドなどが挙げられる。バインダは、例えばポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

（第二の工程：成形工程）
この工程では、図３に示すように、原料粉１００を金型２００内に充填し、１４７０ＭＰａ以上の成形圧力で加圧成形して圧粉体２０（図４）を作製する。圧粉体２０の形状は、図１に示す焼結部品１（焼結体１０）の形状とは異なる形状でよい。これは、後述する第三の工程（加工工程）において、圧粉体２０を所定の機械部品の形状（この例では、歯車形状）に加工するからである。圧粉体２０の形状が、例えば円柱、円筒などの単純な形状であれば、歯車形状といった複雑な形状である場合に比べて、圧粉体２０を高密度に成形し易い。

この例では、図４に示すような円筒状の圧粉体２０を作製する。図３に示す金型２００は、円筒状の圧粉体２０を成形する金型である。金型２００は、ダイ２０１と、ダイ２０１に嵌め込まれる下パンチ２０２及び上パンチ２０３と、ダイ２０１内に挿入されるコアロッド２０４とを備える。金型２００は、ダイ２０１の内周面、下パンチ２０２の端面、及びコアロッド２０４の外周面によって円筒状のキャビティを形成する。原料粉１００は金型２００のキャビティ内に充填される。キャビティ内の原料粉１００を下パンチ２０２及び上パンチ２０３によって一軸加圧成形することで、円筒状の圧粉体２０を成形する。

成形圧力が高いほど、圧粉体２０の相対密度を高め易く、緻密な圧粉体２０を成形することができる。そのため、焼結体１０（図１）を高密度化することができる。成形圧力を１４７０ＭＰａ（１５０００ｋｇ／ｃｍ^２）以上とすることで、高密度で緻密な圧粉体２０を成形することができる。例えば、相対密度が９６．５％以上という緻密な圧粉体２０を作製することが可能である。成形圧力は１５６０ＭＰａ以上、更に１７６０ＭＰａ以上でもよい。成形圧力の上限は、特に限定されない。成形圧力の上限としては、例えば２２６０ＭＰａ以下、更に２１６０ＭＰａ以下が挙げられる。

圧粉体２０の相対密度は、例えば９６．５％以上が挙げられる。圧粉体２０の相対密度が９６．５％以上であれば、後述する第四の工程（焼結工程）において、相対密度が９６．５％以上である高密度の焼結体１０（図１）を作製することができる。また、圧粉体２０の相対密度が９６．５％以上であれば、圧粉体２０中に存在する空孔が少ないため、焼結時の収縮量が小さくなる。よって、焼結時の寸法変化が小さいため、良好な寸法精度の焼結体１０を得ることができる。圧粉体２０の相対密度は９７％以上、更に９７．５％以上でもよい。圧粉体２０の相対密度は、理想的には１００％であるが、製造性などを考慮すると、９９．６％以下、更に９９％以下でもよい。

圧粉体２０の相対密度は、圧粉体２０の断面を画像解析ソフトウェアにより画像解析することで求めることができる。具体的には、圧粉体の断面を観察し、複数（例えば１０個以上）の観察視野の画像を取得する。１断面につき１視野として、複数の断面から観察視野の画像を取得してもよいし、１つの断面から複数の観察視野の画像を取得してもよい。観察視野のサイズは、例えば５００μｍ×６００μｍ程度とする。取得した各観察視野の画像を、画像解析ソフトウェアによってコントラストを２値化処理して、空孔と空孔でない部分とに分ける。観察視野に占める空孔でない部分の面積割合を求め、その面積割合を相対密度とみなす。そして、各観察視野から求めた相対密度の平均値を圧粉体の相対密度とする。
その他、圧粉体２０の相対密度は、［実測密度／理論密度］×１００として求めることもできる。実測密度は、例えばアルキメデス法により測定することができる。理論密度は、例えば原料粉の組成から計算によって求めることができる。

金型２００の内面（ダイ２０１の内周面及びコアロッド２０４の外周面）に潤滑剤を塗布してもよい。この場合、圧粉体２０を金型２００から抜き出し易くなる。

（第三の工程：加工工程）
この工程では、図５に示すように、圧粉体２０を機械部品の形状に切削加工して加工体３０（図６）を作製する。機械部品は、例えばスプロケットを含む各種歯車、ローター、リング、フランジ、プーリー、軸受けなどが挙げられる。切削加工は、転削加工でも旋削加工でもよい。具体的な切削加工としては、例えば歯切加工、穴あけ加工などが挙げられる。切削加工には、例えば歯切工具、ドリル、バイト、フライスなどの各種切削工具を使用できる。歯切工具としては、ホブ、ピニオンカッタ、ブローチなどが挙げられる。

この工程では、焼結する前の圧粉体２０を切削加工するため、焼結した後の焼結体に比べて切削加工が容易である。そのため、圧粉体２０を機械部品の形状（この例では、歯車形状）に効率的に加工することができる。よって、加工時間を短縮することができ、生産性が向上する。

この例では、図６に示すような歯車形状の加工体３０を作製する。加工体３０の形状は、焼結体１０（図１）の形状と実質的に同じ形状である。図５は、圧粉体２０（図４）を歯車形状に切削加工している状態を示す。図５は、切削加工の一例として、ホブ３００を用いて圧粉体２０の外周面２１を歯切加工する場合を例示する。図５中の白抜き矢印は、加工時の圧粉体２０及びホブ３００の回転方向や移動方向を示す。ホブ３００は、円筒状の本体部の外周に複数の刃３０１が設けられている。ホブ３００は、その軸方向を圧粉体２０の軸方向と直交するように配置され、その状態から回転（自転）しつつ、圧粉体２０の軸方向に移動する。この例では、ホブ３００は、下側から上側に向かって移動しながら、刃３０１が圧粉体２０の外周面２１に対して上側から下側に抜けるように回転する。一方、圧粉体２０は、上側から見て、反時計回りに回転（自転）する。このようにして、ホブ３００によって圧粉体２０の外周面２１に複数の歯１３を形成することで、圧粉体２０を歯車形状に加工する。これにより、図６に示すような歯車形状の加工体３０を作製する。

この例では、圧粉体２０の外周面２１に複数の歯１３を形成して加工体３０を作製する場合を例示した。例えば、焼結体の内周面に複数の歯が形成された歯車形状を有する焼結部品を製造する場合は、圧粉体の内周面に複数の歯を形成することによって、加工体を作製する。この場合、例えばピニオンカッタを用いて圧粉体２０の内周面を歯切加工することが挙げられる。

（第四の工程：焼結工程）
この工程では、加工体３０（図６）を１２００℃未満の焼結温度で焼結して焼結体１０（図１）を作製する。焼結温度は、例えば１１００℃以上、更に１１３０℃以上が挙げられる。焼結時間は、焼結体１０のサイズにもよるが、例えば１０分以上１５０分以下が挙げられる。焼結時の雰囲気は、例えば窒素雰囲気、真空雰囲気が挙げられる。窒素雰囲気や真空雰囲気であれば、雰囲気中の酸素濃度が低く（例えば体積割合で１ｐｐｍ以下）、酸化物の生成を低減することができる。真空雰囲気の雰囲気圧力は、例えば１０Ｐａ以下が挙げられる。

焼結温度を１２００℃未満とすることで、焼結に伴う焼結体１０の収縮を抑制することができる。そのため、焼結時における焼結体１０の寸法変化が小さくなる。よって、焼結体１０の良好な寸法精度を確保し易い。加えて、焼結体１０において、収縮に伴う歪が生じ難くなるため、焼結体１０の強度低下を抑制することができる。更に、焼結時の粒成長を抑制し、結晶粒の粗大化を抑制することができる。焼結温度を１２００℃以上とした場合は、焼結体１０中に存在する空孔の形状が球形化する傾向がある。

（第五の工程：焼入れ工程）
この工程では、焼結体１０（図１）を焼入れする。焼入れは、浸炭焼入れでもよい。
浸炭条件は、例えば、カーボンポテンシャル（ＣＰ）を０．６％以上１．８％以下に調整した雰囲気とし、処理温度を９１０℃以上９５０℃以下、処理時間を６０分以上５６０分以下とすることが挙げられる。但し、最適な浸炭の処理時間は、一般に、焼結体１０のサイズによって異なる。そのため、上記時間はあくまで一例である。
焼入れ条件は、オーステナイト化の処理温度を８００℃以上１０００℃以下、処理時間を１０分以上１５０分以下とし、その後に油冷又は水冷で急冷することが挙げられる。

焼結体１０を焼入れすることによって、焼結体１０の硬度が向上する。また、焼結体１０を浸炭焼入れした場合は、焼結体１０の表面にＣが浸透して、表面近傍の炭素濃度を高めることができる。これにより、焼結体１０の表面に炭素濃度が高い浸炭硬化層（図示せず）が形成される。浸炭硬化層を備える焼結体１０は、表層領域（表面から深さ１００μｍまでの領域）におけるＣの含有量が内部に比較して多い。そのため、焼結体１０の表層領域が硬い。よって、焼結体１０の表面硬度が向上する。焼結体１０の表層領域におけるＣの含有量は、例えば０．５質量％以上１．５質量％以下、更に０．８質量％以上１．２質量％以下が挙げられる。

（第六の工程：焼戻し工程）
この工程では、上述した第五の工程（焼入れ工程）の後、焼結体１０（図１）を焼戻しする。
焼戻し条件は、処理温度を１５０℃以上２３０℃以下、処理時間を６０分以上２４０分以下とすることが挙げられる。

焼入れした焼結体１０を焼戻しすることによって、焼結体１０の靭性が向上する。靭性の向上により、硬度と靭性のバランスに優れる焼結体１０とすることができる。

（その他の工程）
その他、実施形態の焼結部品の製造方法は、以下の仕上げ工程を備えてもよい。

（仕上げ工程）
この工程では、焼結体１０を仕上げ加工する。この工程は、上述した第四の工程（焼結工程）の後、第五の工程（焼入れ工程）の前に行うことが挙げられる。仕上げ加工は、例えば研磨加工などが挙げられる。仕上げ加工を行うことで、焼結体１０の表面粗さを小さくして表面性状に優れる焼結体や、機械部品の設計寸法に適合した焼結体を製造することができる。

＜主な効果＞
実施形態の焼結部品の製造方法は、高強度で、かつ高硬度の焼結体１０を作製することができる。また、実施形態の焼結部品の製造方法は、高密度の焼結体１０を作製することができる。更に、実施形態の焼結部品の製造方法は、焼結体１０の焼入れ性を改善できる。したがって、実施形態の焼結部品の製造方法は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる焼結部品１を製造することができる。

［焼結部品］
図１を参照して、実施形態に係る焼結部品１について説明する。焼結部品１は焼結体１０からなる。図１は、焼結部品１の一例として、焼結体１０の外周面１１に複数の歯１３が形成された歯車形状を有する外歯歯車を例示する。

（概要）
実施形態に係る焼結部品１は、鉄基合金からなる組成を有し、相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度がビッカース硬さで６００ＨＶ以上である焼結体１０からなる。焼結部品１は、例えば、上述した実施形態に係る焼結部品の製造方法によって製造することができる。

（組成）
鉄基合金は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉを含有し、残部が鉄（Ｆｅ）及び不純物からなる合金である。鉄基合金に含有する各元素の含有量は次のとおりである。
Ｓｉ：０．１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｏ：０．１質量％以上１．５質量％以下
Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｎ：０．１質量％以上０．７５質量％以下
Ｎｉ：０．５質量％以上５．０質量％以下

更に、鉄基合金は、Ｃを０．１質量％以上０．５質量％以下含有してもよい。

Ｆｅに加えて、上記各元素を特定の範囲内で含有する鉄基合金は、Ｆｅと各元素とが合金化することによって強度及び硬度が向上する。そのため、焼結体１０は、上記特定の鉄基合金からなる組成を有することで、高強度で、かつ高硬度である。また、鉄基合金がＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素を特定の範囲内で含有することで、焼結体１０の焼入れ性を改善できる。よって、焼結体１０は焼入れ性に優れる。そのため、焼入れによって焼結体１０の内部まで硬度が向上する。高強度で、かつ高硬度の焼結体１０からなる焼結部品１は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる。鉄基合金に含有する各元素の作用効果と含有量の限定理由については、上述した製造方法において既に説明しているので、ここでは省略する。

焼結体１０の組成は、例えばエネルギー分散型Ｘ線分析装置付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＳ）などにより測定することができる。焼結体１０の組成を測定するときは、焼結体１０の断面をとり、焼結体１０の内部領域における組成を測定するとよい。焼結体１０の表面及び表面近傍の領域は、不純物などが存在して適切な測定が行えない可能性があるためである。焼結体１０の表面に浸炭硬化層が形成されている場合は、浸炭硬化層より深い内部領域の組成を測定する。焼結体１０の組成を測定する領域は、例えば、焼結体１０の表面から内部に向かって１ｍｍ以上、更に２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上深い内部領域とすることが挙げられる。

（相対密度）
焼結体１０の相対密度は９６．５％以上である。このような焼結体１０は、緻密であり、焼結体１０中に存在する空孔が少ない。そのため、焼結体１０の強度が高い。よって、焼結部品１は疲労強度が高い。焼結体１０の相対密度は９７％以上、更に９７．５％以上でもよい。焼結体１０の相対密度は、理想的には１００％であるが、製造性などを考慮すると、９９．６％以下、更に９９％以下でもよい。

焼結体１０の相対密度は、上述した圧粉体の相対密度と同じように、断面を画像解析ソフトウェアにより画像解析することで求めることができる。具体的には、焼結体の断面を観察し、複数（例えば１０個以上）の観察視野の画像を取得する。１断面につき１視野として、複数の断面から観察視野の画像を取得してもよいし、１つの断面から複数の観察視野の画像を取得してもよい。観察視野のサイズは、例えば５００μｍ×６００μｍ程度とする。取得した各観察視野の画像を、画像解析ソフトウェアによってコントラストを２値化処理して、空孔と空孔でない部分とに分ける。観察視野に占める空孔でない部分の面積割合を求め、その面積割合を相対密度とみなす。そして、各観察視野から求めた相対密度の平均値を焼結体の相対密度とする。
その他、焼結体１０の相対密度は、［実測密度／理論密度］×１００として求めることもできる。実測密度は、例えばアルキメデス法により測定することができる。理論密度は、例えば焼結体１０の組成から計算によって求めることができる。

（表面硬度）
焼結体１０の表面硬度は６００ＨＶ以上である。焼結体１０の表面硬度が高いほど、焼結部品１の耐摩耗性が向上する。焼結体１０の表面硬度が６００ＨＶ以上であれば、焼結体１０の表面が十分に硬い。よって、焼結部品１は耐摩耗性に優れる。焼結体１０の表面硬度は６５０ＨＶ以上でもよい。焼結体１０の表面硬度の上限は、特に限定されない。

（表層領域におけるＣの含有量）
焼結体１０の表層領域（表面から深さ１００μｍまでの領域）におけるＣの含有量は、例えば０．５質量％以上１．５質量％以下が挙げられる。焼結体１０の表層領域におけるＣの含有量が上記範囲内であることで、表層領域が硬化する。そのため、焼結体１０の表面硬度が向上する。よって、焼結部品１の耐摩耗性を向上させることができる。焼結体１０の表層領域におけるＣの含有量は０．８質量％以上１．２質量％以下でもよい。

焼結体１０の表層領域におけるＣの含有量は、焼結体１０を浸炭焼入れすることによって調整することが可能である。焼結体１０の表層領域におけるＣの含有量の測定は、例えば電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）などを利用できる。

（用途）
焼結部品１は、図１に示すような歯車などの機械部品であることが挙げられる。焼結部品１が歯車である場合、焼結体１０の外周面１１及び内周面の少なくとも一方に複数の歯１３が形成された歯車形状を有する。焼結部品１は、歯車以外の機械部品であってもよい。

＜主な効果＞
実施形態の焼結部品１は、高強度で、かつ高硬度の焼結体１０からなる。更に、焼結体１０の相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度がビッカース硬さで６００ＨＶ以上である。したがって、実施形態の焼結部品１は、疲労強度が高く、耐摩耗性に優れる。実施形態の焼結部品１は、機械部品の中でも、特に疲労強度や耐摩耗性が要求される歯車などに好適に利用できる。

［試験例１］
鉄基合金粉を原料粉に用いて、焼結体からなる焼結部品を製造し、その評価を行った。

（１）用意工程
表１に示す各組成（残部Ｆｅ及び不純物）を有する鉄基合金粉を用意した。表１中、鉄基合金粉における各元素の含有量は質量割合（質量％）である。用意した各鉄基合金粉に炭素粉（黒鉛粉）を添加したものを原料粉とした。表１に炭素粉の添加量を示す。炭素粉の添加量は、鉄基合金粉と炭素粉との総量を１００質量％としたときの質量割合（質量％）である。
鉄基合金粉の平均粒径（Ｄ５０）は９８．５μｍである。炭素粉の平均粒径（Ｄ５０）は６．８μｍである。
原料粉はＶ型混合器を用いて９０分間混合した。

試料Ｎｏ．１１４に使用した鉄基合金粉は、ＡＩＳＩ（米国鉄鋼協会）規格に規定されている市販のＡＩＳＩ４６００の鋼粉である。

表１に示す各試料について、鉄基合金粉の組成から上記式（１）及び式（２）によって算出した値を表１に示す。

試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各鉄基合金粉は、Ｓｉを０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｃｒを０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．７５質量％以下、Ｎｉを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する。また、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各鉄基合金粉の組成は、式（１）の左辺の算出値が１６０未満である。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各鉄基合金粉の組成は、式（２）の左辺の算出値が１５００超である。一方、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１４に使用した各鉄基合金粉の組成は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉのうち、いずれかの元素の含有量が上記範囲外である。

（２）成形工程
各原料粉を金型内に充填し、１９６０ＭＰａ（２００００ｋｇ／ｃｍ^２）の成形圧力で一軸加圧成形して、円筒状の圧粉体を作製した。圧粉体の寸法は、外径６０ｍｍφ、内径３５ｍｍφ、長さ１５ｍｍである。

作製した各圧粉体の相対密度（％）を評価した。相対密度は、断面を市販の画像解析ソフトウェアにより画像解析することで求めた。具体的には、任意の断面をとり、１０個以上の観察視野の画像を取得する。観察視野のサイズは、５００μｍ×６００μｍ（＝３０００００μｍ^２）とする。取得した各観察視野の画像を、画像解析ソフトウェアによってコントラストを２値化処理して、空孔でない部分の面積の面積割合を求める。その面積割合を相対密度とみなす。そして、各観察視野から求めた相対密度の平均値を圧粉体の相対密度とする。各圧粉体の相対密度（％）を表１に示す。

試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各鉄基合金粉の組成は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素の含有量が上記範囲内で、かつ、式（１）の算出値が１６０未満を満たす。このような特定の組成を有する鉄基合金粉を使用した試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各圧粉体の相対密度は９６．５％以上である。これに対し、上記各元素の含有量が上記範囲外で、かつ、式（１）の算出値が１６０未満を満たさない鉄基合金粉を使用した試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１１２の各圧粉体の相対密度は９６．５％未満である。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各圧粉体の相対密度が試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１１２に比較して高くなった理由は、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各鉄基合金粉は圧縮性に優れるためと考えられる。

（３）加工工程
作製した各圧粉体を切削加工して加工体を作製した。具体的には、円筒状の圧粉体を歯車形状に加工した。

（４）焼結工程
作製した各加工体を、窒素雰囲気中、１１３０℃の焼結温度で焼結して焼結体を作製した。焼結時間は２０分間とした。

（５）焼入れ工程
作製した各焼結体を、浸炭焼入れした。浸炭焼入れの条件は、カーボンポテンシャル（ＣＰ）が１．２％の雰囲気中、９３０℃で９０分間保持した後、ＣＰを０．８％に変更して、８５０℃で４５分間保持した。その後、８０℃以上１１０℃以下の油で油冷した。

（６）焼戻し工程
浸炭焼入れした後、各焼結体を焼戻しした。焼戻しの条件は、大気雰囲気中、２００℃で９０分間保持した後、常温まで徐冷した。

以上のようにして、各焼結体からなる機械部品の試料を製造した。

（評価）
製造した各機械部品の試料について、以下の評価を行った。

〈組成〉
各機械部品を構成する焼結体の組成を調べた。焼結体の組成の測定は、ＳＥＭ−ＥＤＳ（Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、焼結体の断面をＳＥＭにより観察し、付属のＥＤＳによって分析した。焼結体の組成を測定する領域は、焼結体の断面において、焼結体の内部領域とした。具体的には、焼結体の表面から内部に向かって深さ５ｍｍの地点における内部領域とした。ＳＥＭ−ＥＤＳによる観察視野（測定領域）のサイズは５０μｍ×５０μｍとした。各焼結体の組成を表２に示す。

〈表層領域におけるＣの含有量〉
更に、各焼結体の表層領域（表面から深さ１００μｍまでの領域）におけるＣの含有量を測定した。表層領域におけるＣの含有量は、焼結体の断面において、焼結体の表層領域をＥＰＭＡにより分析して測定した。いずれの試料も、焼結体の表層領域におけるＣの含有量が概ね同じであり、０．８質量％以上１．２質量％以下であった。

〈相対密度〉
各焼結体の相対密度（％）を求めた。焼結体の相対密度は、上述した圧粉体の相対密度と同じように、断面を市販の画像解析ソフトウェアにより画像解析することで求めた。各焼結体の相対密度（％）を表２に示す。

〈表面硬度〉
各焼結体の表面のビッカース硬さ（ＨＶ）を、ビッカース硬さ試験機（株式会社ミツトヨ製）を用いて測定した。得られたビッカース硬さを焼結体の表面硬度Ｈａとする。ビッカース硬さの測定はＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準じて行う。試験荷重は０．９８Ｎ（１００ｇｆ）とする。この試験では、焼結体の表層領域（表面から深さ１００μｍまでの領域）におけるビッカース硬さを測定するものとする。ただし、圧痕部に焼結体中の空孔が含まれないようにして測定する。各焼結体の表面硬度Ｈａを表２に示す。

〈焼入れ性〉
各焼結体の焼入れ性を評価した。焼入れ性の評価は次のように行った。各試料について、試験片を次のように作製する。各試料と同じ組成の原料粉を加圧成形して、直径１２０ｍｍ、長さ３０ｍｍである円柱状の圧粉体を作製する。成形圧力は１９６０ＭＰａとする。圧粉体を窒素雰囲気中、１１３０℃の焼結温度で焼結して焼結体を作製する。得られた円柱状の焼結体を試験片とする。この試験片は、焼入れ前のものであり、焼入れ焼戻しなどの熱処理が施されていない。焼入れ性の評価はＪＩＳ Ｇ ０５６１：２０１１「鋼の焼入性試験方法（一端焼入方法）」に準じて行う（ジョミニー試験とも呼ばれる）。具体的には、８５０℃以上のオーステナイト化温度まで加熱した試験片の片端面に水を吹き付けて急冷して、焼入れする。焼入れした試験片を長さ方向に沿って切断する。試験片の断面において、試験片の片端面から深さ方向にビッカース硬さ（ＨＶ）を測定する。試験片の片端面からより深い位置であっても、硬さの低下が少ない方が焼入れ性がよいといえる。ここでは、試験片の片端面から深さ１０ｍｍの地点におけるビッカース硬さが４００ＨＶを超える場合、焼入れ性の評価を「Ａ」、ビッカース硬さが４００ＨＶ以下の場合、焼入れ性の評価を「Ｂ」とした。焼入れ性の評価結果を表２に示す。

〈総合評価〉
各試料について、上記した相対密度、表面硬度及び焼入れ性の評価に基づき、総合評価を行った。総合評価は、相対密度が９６．５％以上、表面硬度が６００ＨＶ以上、焼入れ性の評価が「Ａ」の全てを満たす場合を「Ａ」、いずれか１つでも満たさない場合を「Ｂ」とした。総合評価の結果を表２に示す。

上記特定の組成を有する鉄基合金粉（表１参照）を使用した試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各焼結体は、Ｓｉを０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｏを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｃｒを０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．７５質量％以下、Ｎｉを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金からなる組成を有する。そして、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各焼結体は、相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度が６００ＨＶ以上、具体的には６５０ＨＶ以上であり、高密度で高硬度である。加えて、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各焼結体は焼入れ性も良好である。

試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１において、各焼結体の相対密度が９６．５％以上という高密度化を達成できた理由は、各圧粉体の相対密度が９６．５％以上であるためである。

また、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１において、各焼結体の表面硬度が６００ＨＶ以上を達成できた理由は、各焼結体が上記特定の鉄基合金からなる組成を有することで、高強度で、かつ高硬度であるためである。

加えて、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各焼結体の焼入れ性が良好である理由は、各焼結体（鉄基合金）の組成がＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉの各元素を特定の範囲内で含有し、かつ、式（２）の算出値（表１参照）が１５００超であることで、各焼結体が焼入れ性に優れるためと考えられる。

これに対し、上記各元素のうち、いずれかの元素の含有量が上記範囲外である鉄基合金粉（表１参照）を使用した試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１１４の各焼結体は、相対密度、表面硬度及び焼入れ性のうち、いずれかの特性が劣る。

試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１１３の各焼結体は相対密度が低い。この理由は、表１に示すように、圧粉体の相対密度が低いためである。

試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１１３の各焼結体は表面硬度が低い。この理由は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉのうち、いずれかの元素を多量に含有するため、硬度が低下したものと考えられる。また、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４の各焼結体は表面硬度が６５０ＨＶ未満であり、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の各焼結体に比較して硬度が低い。この理由は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ及びＭｎのうち、いずれかの元素を含有していないためと考えられる。

更に、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０５及びＮｏ．１１４の各焼結体は、焼入れ性に劣る。この理由は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉのうち、いずれかの元素を含有していないためと考えられる。また、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０５及びＮｏ．１１４は、式（２）の算出値（表１参照）が１５００以下である。

１ 焼結部品
１０ 焼結体
１１ 外周面
１３ 歯
１５ 端面
１７ 貫通孔
２０ 圧粉体
２１ 外周面
３０ 加工体
１００ 原料粉
１０１ 鉄基合金粉
１０３ 炭素粉
２００ 金型
２０１ ダイ
２０２ 下パンチ
２０３ 上パンチ
２０４ コアロッド
３００ ホブ
３０１ 刃

Claims (8)

1. シリコンを０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以上１．５質量％以下、クロムを０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケルを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金の粉末を含む原料粉を用意する工程と、
   前記原料粉を金型内に充填し、１４７０ＭＰａ以上の成形圧力で加圧成形して圧粉体を作製する工程と、
   前記圧粉体を機械部品の形状に切削加工して加工体を作製する工程と、
   前記加工体を１２００℃未満の焼結温度で焼結して焼結体を作製する工程と、
   前記焼結体を焼入れする工程と、
   前記焼入れする工程の後、前記焼結体を焼戻しする工程と、を備える、
   焼結部品の製造方法。
2. 前記鉄基合金の組成は、シリコンの含有量をｘ質量％、モリブデンの含有量をａ質量％、クロムの含有量をｂ質量％、マンガンの含有量をｃ質量％とするとき、以下の式（１）を満たす請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
   （５０．２５×ｘ）＋（２５．６×ａ）＋（４１．２×ｂ）＋（３８．０×ｃ）＋９０＜１６０・・・（１）
3. 前記鉄基合金の組成は、シリコンの含有量をｘ質量％、モリブデンの含有量をａ質量％、クロムの含有量をｂ質量％、マンガンの含有量をｃ質量％、ニッケルの含有量をｄ質量％とするとき、以下の式（２）を満たす請求項１又は請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
   ［（１＋ｘ）×１．５５］×［（１＋ａ）×４．７５］×［（１＋ｂ）×４］×［（１＋ｃ）×５．７５］×［（１＋ｄ）×１］＞１５００・・・（２）
4. 前記圧粉体の相対密度が９６．５％以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結部品の製造方法。
5. 前記鉄基合金の粉末に炭素粉を０．１質量％以上０．５質量％以下添加する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の焼結部品の製造方法。
6. シリコンを０．１質量％以上０．５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以上１．５質量％以下、クロムを０．１質量％以上０．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上０．７５質量％以下、ニッケルを０．５質量％以上５．０質量％以下含有する鉄基合金からなる組成を有し、
   相対密度が９６．５％以上で、かつ、表面硬度がビッカース硬さで６００ＨＶ以上である焼結体からなる、
   焼結部品。
7. 前記焼結体の表面から深さ１００μｍまでの領域における炭素の含有量が０．５質量％以上１．５質量％以下である請求項６に記載の焼結部品。
8. 前記焼結体の外周面及び内周面の少なくとも一方に複数の歯が形成された歯車形状を有する請求項６又は請求項７に記載の焼結部品。

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