JP2021095599A - Sintered alloy and method for producing sintered alloy - Google Patents

Sintered alloy and method for producing sintered alloy Download PDF

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Abstract

To provide a sintered alloy having excellent high-temperature strength and a method for producing the same.SOLUTION: A sintered alloy has a whole composition comprising, in mass%, Cr: 11.75-39.98%, Ni: 5.58-24.98%, Si: 0.16-2.54, P: 0.1-1.5%, C: 0.58-5.55% with the balance being Fe and unavoidable impurities, with an average crystal grain size of 30 μm-100 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一実施形態は、焼結合金及び焼結合金の製造方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to a sintered alloy and a method for producing a sintered alloy.

ターボチャージャー用ターボ部品、特に耐熱性、耐食性及び耐摩耗性が要求されるノズルボディ等の用途には、焼結合金を好ましく用いることができる。
一般に、内燃機関に付設されるターボチャージャーでは、内燃機関のエキゾーストマニホールドに接続されたタービンハウジングに、タービンが回転自在に支持され、タービンの外周側を囲うように複数のノズルベーンが回動可能に支持されている。タービンハウジングに流入した排気ガスは、外周側からタービンに流れ込んで軸方向へ排出され、その際にタービンを回転させる。そして、タービンの反対側で同じ軸に設けられたコンプレッサが回転することにより、内燃機関へ供給する空気を圧縮する。
A sintered alloy can be preferably used for turbo parts for turbochargers, particularly for nozzle bodies and the like that require heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance.
Generally, in a turbocharger attached to an internal combustion engine, the turbine is rotatably supported by a turbine housing connected to an exhaust manifold of the internal combustion engine, and a plurality of nozzle vanes are rotatably supported so as to surround the outer peripheral side of the turbine. Has been done. The exhaust gas that has flowed into the turbine housing flows into the turbine from the outer peripheral side and is discharged in the axial direction, at which time the turbine is rotated. Then, the compressor provided on the same shaft on the opposite side of the turbine rotates to compress the air supplied to the internal combustion engine.

ここで、ノズルベーンは、ノズルボディ又はマウントノズルといった名称で呼ばれるリング状の部品に回動可能に支持されている。ノズルベーンの軸はノズルボディを貫通し、そこでリンク機構に接続されている。そして、リンク機構が駆動されることによりノズルベーンが回動し、排気ガスがタービンに流れ込む流路の開度が調整される。本発明が対象とするのは、ノズルボディ(マウントノズル)あるいはこれに装着されるプレートノズルといった、タービンハウジング内に設けられるターボ部品である。 Here, the nozzle vane is rotatably supported by a ring-shaped component called a nozzle body or a mount nozzle. The shaft of the nozzle vane penetrates the nozzle body, where it is connected to the link mechanism. Then, by driving the link mechanism, the nozzle vane rotates, and the opening degree of the flow path through which the exhaust gas flows into the turbine is adjusted. The object of the present invention is a turbo component provided in a turbine housing, such as a nozzle body (mount nozzle) or a plate nozzle mounted on the nozzle body (mount nozzle).

上記のようなターボチャージャー用ターボ部品は、高温の腐食性ガスである排気ガスと接触することから耐熱性と耐食性が要求されるとともに、ノズルベーンと摺接するために耐摩耗性も要求される。このため、従来、例えば高Cr鋳鋼、又はJIS規格で規定されているSCH22種に耐食性向上の目的でCr表面処理を施した耐摩耗材料等が使用されている。また、耐熱性とともに耐食性及び耐摩耗性に優れ、しかも価格が低廉な耐摩耗部品として、フェライト系ステンレス鋼の基地中に炭化物を分散させた耐摩耗性焼結部品が提案されている(特許文献1)。 The turbo parts for turbochargers as described above are required to have heat resistance and corrosion resistance because they come into contact with exhaust gas, which is a high-temperature corrosive gas, and are also required to have wear resistance because they are in sliding contact with nozzle vanes. For this reason, conventionally, for example, high Cr cast steel, or a wear resistant material obtained by subjecting SCH22 type specified in JIS standard to Cr surface treatment for the purpose of improving corrosion resistance has been used. Further, as a wear-resistant part having excellent heat resistance, corrosion resistance and wear resistance, and at a low price, a wear-resistant sintered part in which carbides are dispersed in a ferrite stainless steel base has been proposed (Patent Documents). 1).

しかしながら、特許文献1の焼結部品は液相焼結により得られるため寸法精度の要求が厳しい場合に機械加工する必要があるが、硬い炭化物が多量に析出するため、被削性が悪く、被削性の改善が望まれている。さらに、ターボチャージャーの構成部品は、一般に、オーステナイト系耐熱材料で構成されるが、特許文献1に記載のターボチャージャー用ターボ部品はフェライト系の材料から構成されている。この場合、周囲の部材と熱膨張係数が異なるため、両者の材料からなる構成部品間に隙間が生じ、これらの接続が不十分となるなど、適用にあたっての部品設計が難しく、周囲のオーステナイト系耐熱材料と同等の熱膨張係数であることが望まれている。 However, since the sintered part of Patent Document 1 is obtained by liquid phase sintering, it is necessary to machine it when the demand for dimensional accuracy is strict. However, since a large amount of hard carbide is deposited, the machinability is poor and the work piece is covered. Improvement of shaving property is desired. Further, the components of the turbocharger are generally made of an austenitic heat-resistant material, but the turbo parts for a turbocharger described in Patent Document 1 are made of a ferrite material. In this case, since the coefficient of thermal expansion is different from that of the surrounding members, a gap is created between the components made of both materials, and the connection between them is insufficient. It is desired that the coefficient of thermal expansion is equivalent to that of the material.

特許文献2は、特定の全体組成を有し、サイズが比較的大きな金属炭化物が析出する相Aと、比較的小さな金属炭化物が析出する相Bとが斑状に分布する焼結合金を開示している。特許文献2の焼結合金は、耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を備え、さらにNiが添加されることで熱膨張係数が周囲のオーステナイト系耐熱材料と同等となり、部品設計を簡単にすることができる。 Patent Document 2 discloses a sintered alloy having a specific overall composition in which a phase A in which metal carbides having a relatively large size are precipitated and a phase B in which relatively small metal carbides are precipitated are distributed in a patchy manner. There is. The sintered alloy of Patent Document 2 has heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance, and by adding Ni, the coefficient of thermal expansion becomes equivalent to that of the surrounding austenitic heat-resistant material, which simplifies component design. it can.

特許第3784003号公報Japanese Patent No. 3784003 特開2013−57094号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-57094

ターボチャージャー用ターボ部品は、上記した通り、高温環境下で使用されるため、耐熱層、耐食性及び耐摩耗性とともに、さらに高温強度が要求される。特許文献2では、鉄基地中に相A及び相Bの2相を形成するために、相Aと相Bとの間で炭素元素及び金属元素が拡散しないように、比較的低温で焼結を進行している。このような焼結過程を経て得られる焼結合金では、より高温の使用環境下において高温強度が低下する現象が問題になる。
本発明の一目的は、高温強度に優れる焼結合金及びその製造方法を提供することである。
As described above, turbo parts for turbochargers are used in a high temperature environment, so that high temperature strength is required in addition to a heat resistant layer, corrosion resistance and wear resistance. In Patent Document 2, in order to form two phases of phase A and phase B in the iron matrix, sintering is performed at a relatively low temperature so that carbon elements and metal elements do not diffuse between the phases A and B. It is in progress. In the sintered alloy obtained through such a sintering process, there is a problem that the high temperature strength decreases in a higher temperature usage environment.
An object of the present invention is to provide a sintered alloy having excellent high-temperature strength and a method for producing the same.

一実施形態は、以下を要旨とする。
[1]全体組成が、質量%で、Cr:11.75〜39.98%、Ni:5.58〜24.98%、Si:0.16〜2.54、P:0.1〜1.5%、C:0.58〜5.55%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、平均結晶粒径が30μm〜100μmである、焼結合金。
[2]質量%で、Mo、V、W、Nb、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに合計量で5%以下含む、[1]に記載の焼結合金。
[3]質量%で、Cr:25〜45%、Ni:5〜15%、Si:1.0〜3.0%、C:0.5〜4.0%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末A、
質量%で、Cr:12〜25%、Ni:5〜15%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末B、
質量%で、P:10〜30%、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末、及び黒鉛粉末を準備すること;
前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bを、前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bの合計量に対する前記鉄合金粉末Aの割合が20〜80質量%となるように添加し、原料粉末全量に対し、前記鉄−リン合金粉末を1.0〜5.0質量%、前記ニッケル粉末を1〜12質量%、及び前記黒鉛粉末を0.5〜2.5質量%で添加し原料粉末を得ること;
前記原料粉末を成形し成形体を得ること;及び
前記成形体を1200℃超過1250℃未満で焼結することを含む、焼結合金の製造方法。
[4]前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bのうち少なくとも一方は、Mo、V、W、Nb、及びTiからなる群から選択される少なくとも1種を、合計量で、原料粉末の全体組成に対し5質量%以下でさらに含む、[3]に記載の焼結合金の製造方法。
One embodiment has the following gist.
[1] The overall composition is, in mass%, Cr: 11.75 to 39.98%, Ni: 5.58 to 24.98%, Si: 0.16 to 2.54, P: 0.1 to 1. A sintered alloy containing 5.5%, C: 0.58 to 5.55%, the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, and an average crystal grain size of 30 μm to 100 μm.
[2] The sintered alloy according to [1], which further contains at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb, and Ti in mass% and 5% or less in total.
[3] In mass%, Cr: 25 to 45%, Ni: 5 to 15%, Si: 1.0 to 3.0%, C: 0.5 to 4.0%, and the balance is Fe and unavoidable. Iron alloy powder A composed of impurities,
Iron alloy powder B, which contains Cr: 12 to 25% and Ni: 5 to 15% in mass%, and the balance is composed of Fe and unavoidable impurities.
Prepare iron-phosphorus alloy powder, nickel powder, and graphite powder having a composition of P: 10 to 30% by mass and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities;
The iron alloy powder A and the iron alloy powder B are added so that the ratio of the iron alloy powder A to the total amount of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B is 20 to 80% by mass, and the raw material powder is added. The iron-phosphorus alloy powder is added in an amount of 1.0 to 5.0% by mass, the nickel powder is added in an amount of 1 to 12% by mass, and the graphite powder is added in an amount of 0.5 to 2.5% by mass based on the total amount of the raw material powder. To get;
A method for producing a sintered alloy, which comprises molding the raw material powder to obtain a molded product; and sintering the molded product at a temperature of more than 1200 ° C. and lower than 1250 ° C.
[4] At least one of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B contains at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb, and Ti in a total amount, which is the total amount of the raw material powder. The method for producing a sintered alloy according to [3], which further comprises 5% by mass or less based on the composition.

本発明の一実施形態によれば、高温強度に優れる焼結合金及びその製造方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a sintered alloy having excellent high temperature strength and a method for producing the same.

図1(a)は、例5の結晶粒を顕微鏡を用いて観察した写真であり、図1(b)は、例3の結晶粒を顕微鏡を用いて観察した写真である。FIG. 1 (a) is a photograph of the crystal grains of Example 5 observed with a microscope, and FIG. 1 (b) is a photograph of the crystal grains of Example 3 observed with a microscope. 図2は、例5と例3について、クリープ時間と歪みの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between creep time and strain for Examples 5 and 3.

以下、本発明の一実施形態について説明するが、以下の例示によって本発明は限定されない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described, but the present invention is not limited by the following examples.

一実施形態による焼結合金としては、全体組成が、質量%で、Cr:11.75〜39.98%、Ni:5.58〜24.98%、Si:0.16〜2.54、P:0.1〜1.5%、C:0.58〜5.55%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、平均結晶粒径が30μm〜100μmである、ことを特徴とする。
これによれば、高温強度に優れる焼結合金及びその製造方法を提供することができる。
また、耐熱性、耐食性、耐摩耗性、及び被削性を求められる用途において、高温強度をより改善することができる。また、この焼結合金は、オーステナイト系耐熱材料と同等の熱膨張係数を有することができ、材料設計の範囲を広げることができる。
この焼結合金は、例えば、ターボチャージャー用ターボ部品、特に耐熱性、耐食性及び耐摩耗性が要求されるノズルボディ等に好ましく用いることができる。
As the sintered alloy according to one embodiment, the overall composition is mass%, Cr: 11.75 to 39.98%, Ni: 5.58 to 24.98%, Si: 0.16 to 2.54, It contains P: 0.1 to 1.5% and C: 0.58 to 5.55%, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the average crystal grain size is 30 μm to 100 μm.
According to this, it is possible to provide a sintered alloy having excellent high temperature strength and a method for producing the same.
Further, in applications where heat resistance, corrosion resistance, wear resistance, and machinability are required, high temperature strength can be further improved. Further, this sintered alloy can have a coefficient of thermal expansion equivalent to that of an austenitic heat-resistant material, and the range of material design can be expanded.
This sintered alloy can be preferably used, for example, in turbo parts for turbochargers, particularly nozzle bodies that require heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance.

一実施形態による焼結合金は、850℃以上の範囲、特に900℃以上の範囲、さらには950℃以上の範囲において、高温強度を改善することができる。
ターボチャージャー用ターボ部品は、高温の使用環境下において相手材からの応力が負荷されるが、この焼結合金を用いることで、高温環境下においても応力に対する歪み量をより低減することができる。ターボチャージャー用ターボ部品では、燃費向上にともなって、排気ガスが高温化しているため、より高温環境下での応力に対する歪み量を低減することが要求される。
The sintered alloy according to one embodiment can improve high-temperature strength in a range of 850 ° C. or higher, particularly in a range of 900 ° C. or higher, and further in a range of 950 ° C. or higher.
Stress from the mating material is applied to turbo parts for turbochargers in a high-temperature usage environment, but by using this sintered alloy, the amount of strain due to stress can be further reduced even in a high-temperature environment. In turbo parts for turbochargers, the exhaust gas becomes hotter as fuel efficiency improves, so it is required to reduce the amount of strain due to stress in a higher temperature environment.

一実施形態による焼結合金は、平均結晶粒径が30〜100μmであることが好ましい。
通常の温度の使用環境では、焼結合金の結晶粒が大きくなると、強度が低下する傾向があるため、従来の焼結合金は結晶粒の粗大化を抑制するように作製されている。本発明は、高温の使用環境下では、焼結合金の結晶粒が小さい方から大きい方の間で強度のピークがあるという知見を得てなされた。より詳しくは、ターボチャージャー用ターボ部品に適応し得る高温の使用環境下では、焼結合金の結晶粒が30μm〜100μmの範囲でより強度を高めることができる。
The sintered alloy according to one embodiment preferably has an average crystal grain size of 30 to 100 μm.
In a normal temperature usage environment, the strength tends to decrease as the crystal grains of the sintered alloy become larger. Therefore, the conventional sintered alloy is manufactured so as to suppress the coarsening of the crystal grains. The present invention has been made based on the finding that the strength peaks between the smaller and larger crystal grains of the sintered alloy under a high-temperature usage environment. More specifically, under a high temperature usage environment suitable for turbo parts for turbochargers, the crystal grains of the sintered alloy can be further increased in strength in the range of 30 μm to 100 μm.

焼結合金の平均結晶粒径は、30μm以上が好ましく、35μm以上がより好ましい。これによって、結晶粒がある程度の大きさであることで、結晶粒間の界面によって応力を吸収する能力が高まり、応力に対して歪みの発生を抑制することができる。特に、高温環境において、この歪みの発生を抑制することができる。
焼結合金の平均結晶粒径は、100μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、50μm以下さらに好ましい。これによって、粗大な結晶粒の生成を防止して、粗大な結晶粒間で界面のズレが発生することを防止することができる。特に、高温環境において、この界面のズレの発生を防止して、応力に対して歪みの発生を抑制することができる。
The average crystal grain size of the sintered alloy is preferably 30 μm or more, more preferably 35 μm or more. As a result, when the crystal grains have a certain size, the ability to absorb stress by the interface between the crystal grains is enhanced, and the occurrence of strain against the stress can be suppressed. In particular, in a high temperature environment, the occurrence of this distortion can be suppressed.
The average crystal grain size of the sintered alloy is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less, still more preferably 50 μm or less. As a result, it is possible to prevent the formation of coarse crystal grains and prevent the occurrence of interfacial deviation between the coarse crystal grains. In particular, in a high temperature environment, it is possible to prevent the occurrence of deviation of this interface and suppress the occurrence of strain against stress.

ここで、焼結合金の平均結晶粒径は、以下の手順によって測定することができる。
焼結体試料の金属組織は、結晶粒界が見えるように光学顕微鏡を調整し、例えば500倍に拡大して観察することができる。所定の領域で焼結体試料の金属組織の写真を撮り、視野中に観察される任意の個数の結晶粒を無作為に抽出し、最長サイズaと最短サイズbを測定する。最長サイズaと最短サイズbの平均値が1個の結晶粒の粒径となると仮定し、任意の個数の結晶粒について測定した測定値の平均値を平均結晶粒径とする。視野領域は、例えば、例えば148μm×196μmとするとよい。測定する個数は、例えば5個とするとよい。この場合、一つの視野に所定の個数の結晶粒が観察されない場合は、視野を増やして測定するとよい。結晶粒のサイズの測定には、画像分析ソフトウエア(三谷商事株式会社製「WinROOF」)等の市販品を用いることができる。
Here, the average crystal grain size of the sintered alloy can be measured by the following procedure.
The metallographic structure of the sintered body sample can be observed by adjusting the optical microscope so that the crystal grain boundaries can be seen, for example, by magnifying it at a magnification of 500 times. A photograph of the metal structure of the sintered body sample is taken in a predetermined region, an arbitrary number of crystal grains observed in the field of view are randomly extracted, and the longest size a and the shortest size b are measured. Assuming that the average value of the longest size a and the shortest size b is the particle size of one crystal grain, the average value of the measured values measured for an arbitrary number of crystal grains is defined as the average crystal grain size. The visual field region may be, for example, 148 μm × 196 μm. The number to be measured may be, for example, five. In this case, if a predetermined number of crystal grains are not observed in one field of view, it is advisable to increase the field of view for measurement. Commercially available products such as image analysis software (“WinROOF” manufactured by Mitani Corporation) can be used for measuring the size of crystal grains.

一実施形態による焼結合金の全体組成としては、例えば、質量%で、Cr:11.75〜39.98%、Ni:5.58〜24.98%、Si:0.16〜2.54、P:0.1〜1.5%、C:0.58〜5.55%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなることが好ましい。
なお、以下の説明において、特に説明のない箇所では、元素割合を示す「%」は「質量%」を表す。
The overall composition of the sintered alloy according to one embodiment is, for example, in terms of mass%, Cr: 11.75 to 39.98%, Ni: 5.58 to 24.98%, Si: 0.16 to 2.54. , P: 0.1 to 1.5%, C: 0.58 to 5.55%, and the balance is preferably composed of Fe and unavoidable impurities.
In the following description, unless otherwise specified, "%" indicating the element ratio represents "mass%".

一実施形態による焼結合金は、全体組成が均一であることが好ましく、複数の結晶粒の間において組成が均一であることが好ましい。
一実施形態による焼結合金は、金属炭化物を含んでもよい。この金属炭化物は、焼結合金中のCとCr等の金属元素とが結合して析出して、焼結合金中に含まれるようになる。金属炭化物は硬質であるため、焼結合金の耐摩耗性をより高めることができる。
The sintered alloy according to one embodiment preferably has a uniform overall composition, and preferably has a uniform composition among a plurality of crystal grains.
The sintered alloy according to one embodiment may contain metal carbides. This metal carbide is contained in the sintered alloy by bonding and precipitating C and a metal element such as Cr in the sintered alloy. Since the metal carbide is hard, the wear resistance of the sintered alloy can be further improved.

焼結合金は、Cr:11.75〜39.98%を含むことが好ましい。
Crは、鉄基地の耐熱性及び耐食性の向上に寄与するとともに、Cと結合して炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。例えば、Crは、Cと結合してクロム炭化物、クロムと鉄の複合炭化物等(以下、これらを単に「クロム炭化物」とも記す。)を形成する。Crは11.75%以上が好ましく、15%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。これによって、クロム炭化物の析出量を多くして耐摩耗性をより高めることができ、また、焼結合金の耐熱性及び耐食性をより改善することができる。Crは、原料粉末の圧縮性の観点から、39.98%以下が好ましく、35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましい。また、Crが過剰に配合されるとクロム炭化物の析出量が過多となって、耐摩耗性が改善される一方で、被削性が低下する傾向がある。また、過剰のCrが焼結合金に固溶せずに残存すると、Crは酸化されやすい元素であるため、耐食性が低下する傾向がある。この観点からも、Crは、39.98%以下が好ましい。
このようなCrの効果を鉄基地中に均一に作用させるため、Crは鉄合金粉末の形態で付与することが好ましい。
The sintered alloy preferably contains Cr: 11.75 to 39.98%.
Cr contributes to the improvement of heat resistance and corrosion resistance of the iron matrix, and combines with C to form carbides to improve wear resistance. For example, Cr combines with C to form chromium carbide, a composite carbide of chromium and iron, and the like (hereinafter, these are also simply referred to as “chromium carbide”). Cr is preferably 11.75% or more, more preferably 15% or more, still more preferably 20% or more. As a result, the amount of chromium carbide precipitated can be increased to further enhance the wear resistance, and the heat resistance and corrosion resistance of the sintered alloy can be further improved. From the viewpoint of compressibility of the raw material powder, Cr is preferably 39.98% or less, more preferably 35% or less, still more preferably 30% or less. Further, when Cr is excessively blended, the amount of chromium carbide precipitated becomes excessive, and while the wear resistance is improved, the machinability tends to decrease. Further, if excess Cr remains without being dissolved in the sintered alloy, Cr is an element that is easily oxidized, so that the corrosion resistance tends to decrease. From this viewpoint as well, Cr is preferably 39.98% or less.
In order to uniformly exert the effect of Cr in the iron matrix, it is preferable to impart Cr in the form of iron alloy powder.

焼結合金は、Ni:5.58〜24.98%を含むことが好ましい。
Niは鉄基地に拡散して固溶強化するとともに、鉄基地をオーステナイト化して耐摩耗部品の高温強度を向上させる。Niは、5.58%以上が好ましく、8%以上がより好ましい。これによって、高温強度をより高め、また、耐食性をより改善することができる。Niは、24.98%以下が好ましく、20%以下がより好ましい。これによって、高温強度を十分に得ることができる。
このようなNiの効果を鉄基地中に均一に作用させるため、Niは固溶させて鉄合金粉末の形態で付与することが好ましい。Niは鉄合金粉末に固溶させて与えても鉄合金粉末の硬さの増加は少ないので、この観点からも、Niは鉄合金粉末に固溶させて与えることが好ましい。また、焼結合金の緻密化を促進する観点から、Niはニッケル粉末として付与してもよい。
The sintered alloy preferably contains Ni: 5.58 to 24.98%.
Ni diffuses into the iron base to strengthen the solid solution, and at the same time, austenite the iron base to improve the high temperature strength of the wear-resistant parts. Ni is preferably 5.58% or more, more preferably 8% or more. Thereby, the high temperature strength can be further increased and the corrosion resistance can be further improved. Ni is preferably 24.98% or less, more preferably 20% or less. Thereby, high temperature strength can be sufficiently obtained.
In order to make such an effect of Ni act uniformly in the iron matrix, it is preferable to dissolve Ni in a solid solution and impart it in the form of an iron alloy powder. Since Ni does not increase in hardness of the iron alloy powder even if it is given as a solid solution in the iron alloy powder, it is preferable to give Ni as a solid solution in the iron alloy powder from this viewpoint as well. Further, Ni may be added as nickel powder from the viewpoint of promoting densification of the sintered alloy.

焼結合金は、Si:0.16〜2.54%を含むことが好ましい。
Siは脱酸剤として配合することができる。また、Siは、焼結性を向上させることができる。焼結合金は、酸化されやすいCrを含むため、原料粉末にSiを脱酸剤として添加することが好ましい。Siは0.16%以上であることで、その作用を十分に得ることができる。Siは、原料粉末の圧縮性の観点から、2.54%以下が好ましく、2%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。
このようなSiの作用を鉄基地中に均一に与えるため、Siは鉄合金粉末の形態で付与することが好ましい。
The sintered alloy preferably contains Si: 0.16 to 2.54%.
Si can be blended as a deoxidizer. Further, Si can improve the sinterability. Since the sintered alloy contains Cr which is easily oxidized, it is preferable to add Si as a deoxidizer to the raw material powder. When Si is 0.16% or more, the action can be sufficiently obtained. From the viewpoint of compressibility of the raw material powder, Si is preferably 2.54% or less, more preferably 2% or less, still more preferably 1% or less.
In order to uniformly impart such an action of Si into the iron matrix, it is preferable to impart Si in the form of an iron alloy powder.

焼結合金は、P:0.1〜1.5%を含むことが好ましい。
Pは、Cとともに焼結においてFe−P−C液相を発生させて焼結体の緻密化を促進する。これにより、焼結合金の高密度比、特に90%以上の密度比が達成可能となる。Pは0.1%以上であることで、焼結において液相の発生を促進することができる。その作用を十分に得る観点から、Pは、1.5%以下が好ましく、好ましくは1%以下である。また、液相が過剰に発生すると焼結体に寸法誤差が発生する観点から、Pは1.5%以下が好ましい。
焼結において液相化を促進して緻密化を図るために、Pは鉄−リン合金粉末の形態で添加することが好ましい。鉄−リン合金粉末全体に対しP量は、10%以上であることで、十分な液相を発生させて焼結体の緻密化を促進することができる。鉄−リン合金粉末全量に対しP量は、鉄−リン合金粉末が硬くなりすぎて圧縮性が低下することを防止するため、30%以下が好ましい。
The sintered alloy preferably contains P: 0.1 to 1.5%.
P, together with C, generates a Fe—PC liquid phase in sintering to promote densification of the sintered body. This makes it possible to achieve a high density ratio of the sintered alloy, particularly a density ratio of 90% or more. When P is 0.1% or more, the generation of a liquid phase can be promoted in sintering. From the viewpoint of sufficiently obtaining the action, P is preferably 1.5% or less, preferably 1% or less. Further, P is preferably 1.5% or less from the viewpoint that a dimensional error occurs in the sintered body when the liquid phase is excessively generated.
In order to promote liquid phase formation and achieve densification in sintering, P is preferably added in the form of iron-phosphorus alloy powder. When the amount of P is 10% or more with respect to the entire iron-phosphorus alloy powder, a sufficient liquid phase can be generated and densification of the sintered body can be promoted. The amount of P with respect to the total amount of the iron-phosphorus alloy powder is preferably 30% or less in order to prevent the iron-phosphorus alloy powder from becoming too hard and reducing the compressibility.

焼結合金は、C:0.58〜5.55%を含むことが好ましい。
Cは、液相化温度を下げるため、焼結においてFe−P−C液相を発生させ、焼結体の緻密化を促進する。また、Cは、Cr等の金属元素と金属炭化物を生成して耐摩耗性に寄与する。Cは、0.58%以上であることで、焼結体の緻密化を促進し、また、耐摩耗性に寄与することができる。Cは、5.55%以下が好ましく、3.62%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましい。これによって、焼結合金に析出する金属炭化物の量を制限して、被削性の低下を防止することができる。また、Cが5.55%以下であることで、原料粉末の圧縮性をより改善することができる。
Cは黒鉛粉末の形態で付与することができる。Cの全量を黒鉛粉末の形態で付与すると、鉄合金粉末はCrが鉄基地中に固溶された状態の粉末となり、鉄合金粉末が硬くなり過ぎて圧縮性が損なわれることがある。また、多量の黒鉛粉末の使用も、混合粉末の圧縮性を損なう原因となる。この観点から、Cの一部を鉄合金粉末の形態で付与し、残りのCを黒鉛粉末の形態で付与することが好ましい。
The sintered alloy preferably contains C: 0.58 to 5.55%.
In order to lower the liquid phase liquefaction temperature, C generates a Fe—P—C liquid phase in sintering and promotes densification of the sintered body. Further, C produces a metal element such as Cr and a metal carbide to contribute to wear resistance. When C is 0.58% or more, it is possible to promote densification of the sintered body and contribute to wear resistance. C is preferably 5.55% or less, more preferably 3.62% or less, still more preferably 3% or less. Thereby, the amount of metal carbides precipitated in the sintered alloy can be limited, and deterioration of machinability can be prevented. Further, when C is 5.55% or less, the compressibility of the raw material powder can be further improved.
C can be applied in the form of graphite powder. When the entire amount of C is applied in the form of graphite powder, the iron alloy powder becomes a powder in which Cr is solid-solved in the iron matrix, and the iron alloy powder may become too hard and the compressibility may be impaired. In addition, the use of a large amount of graphite powder also causes a decrease in the compressibility of the mixed powder. From this point of view, it is preferable to add a part of C in the form of iron alloy powder and the remaining C in the form of graphite powder.

焼結合金は、残部がFe及び不可避不純物からなる。
焼結合金は、Mo、V、W、Nb及びTiからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含んでもよい。
炭化物生成元素であるMo、V、W、Nb、TiはCrよりも炭化物生成能が強いため、Crよりも優先的に炭化物を形成する。これらの元素を含むことによって、鉄基地のCr濃度低下を防止する作用があるため、鉄基地の耐熱性及び耐食性の向上に寄与することができる。また、Cと結合して合金炭化物を形成し耐摩耗性を向上させることができる。この観点から、Mo、V、又はこれらの組み合わせがより好ましい。
ただし、Mo、V、W、Nb及びTiからなる群から選択される少なくとも1種の元素を純金属粉末の形態で原料粉末に添加すると、それぞれの合金は焼結において拡散が遅いため、鉄基地全体に均一に拡散しにくい。このため、これらの元素は、鉄合金粉末の形態で付与することが好ましい。Mo、V、W、Nb、及びTiを鉄合金粉末中に固溶させる量は、合計量で5%以下が好ましい。また、Mo、V、W、Nb、及びTiを鉄合金粉末中に固溶させる量は、それぞれの単独元素量で5%以下が好ましい。
The balance of the sintered alloy consists of Fe and unavoidable impurities.
The sintered alloy may further contain at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb and Ti.
Since the carbide-forming elements Mo, V, W, Nb, and Ti have a stronger carbide-forming ability than Cr, they preferentially form carbides over Cr. By containing these elements, there is an action of preventing a decrease in Cr concentration of the iron matrix, so that it can contribute to improvement of heat resistance and corrosion resistance of the iron matrix. Further, it can be combined with C to form an alloy carbide to improve wear resistance. From this point of view, Mo, V, or a combination thereof is more preferable.
However, when at least one element selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb and Ti is added to the raw material powder in the form of a pure metal powder, each alloy diffuses slowly in sintering, so that the iron matrix Difficult to spread evenly throughout. Therefore, it is preferable to add these elements in the form of iron alloy powder. The total amount of Mo, V, W, Nb, and Ti dissolved in the iron alloy powder is preferably 5% or less. The amount of Mo, V, W, Nb, and Ti dissolved in the iron alloy powder is preferably 5% or less in terms of the amount of each single element.

上記した通り、焼結合金に耐摩耗性を向上するためにCが添加されることで、焼結合金の鉄基地中にはCとCr等の金属元素とが結合した金属炭化物が析出し得る。
炭化物の量及び大きさは耐摩耗性に大きく寄与する。耐摩耗性は炭化物の量が多くなるほど向上する。しかし、炭化物の量が多くなると、自己の耐摩耗性は向上するものの、相手材への攻撃性が増加し、全体としての摩耗量がかえって増加することがある。また、大きな炭化物のみを鉄基地中に分散させる場合、耐摩耗性向上のため、炭化物の分散頻度をある程度確保しようとすると、より多くのCが必要となり、硬質な炭化物がある程度の分散頻度で分散することから被削性が低下することがある。
そのため、一実施形態において、焼結合金には、全体組成の中にC:0.5〜4.0%が含まれることで、金属炭化物の析出量を調節して、焼結合金の耐摩耗性とともに被削性を改善することができる。また、後述する焼結合金の製造方法を経ることで、金属炭化物の析出量をより適切に調節することが可能となる。
As described above, by adding C to the sintered alloy in order to improve wear resistance, metal carbides in which C and a metal element such as Cr are bonded can be precipitated in the iron matrix of the sintered alloy. ..
The amount and size of carbides greatly contribute to wear resistance. Abrasion resistance improves as the amount of carbide increases. However, when the amount of carbide increases, the wear resistance of the self is improved, but the aggression to the mating material is increased, and the wear amount as a whole may be rather increased. Further, when only large carbides are dispersed in the iron matrix, more C is required to secure a certain degree of dispersion frequency of carbides in order to improve wear resistance, and hard carbides are dispersed with a certain degree of dispersion frequency. As a result, the machinability may decrease.
Therefore, in one embodiment, the sintered alloy contains C: 0.5 to 4.0% in the overall composition, so that the amount of metal carbides deposited can be adjusted and the wear resistance of the sintered alloy can be adjusted. It is possible to improve the machinability as well as the property. In addition, the amount of metal carbide precipitated can be adjusted more appropriately by going through the method for producing a sintered alloy, which will be described later.

一実施形態において、焼結合金に析出する金属炭化物の平均粒子径は、3μm〜50μmが好ましい。
ここで、金属炭化物の平均粒子径は、焼結体の断面を鏡面研磨し、王水で腐食してから、顕微鏡観察するとともに画像解析して、所定領域に観察される複数の金属炭化物の粒子径を測定し、その平均値から求めることができる。
In one embodiment, the average particle size of the metal carbide deposited on the sintered alloy is preferably 3 μm to 50 μm.
Here, the average particle size of the metal carbide is determined by mirror-polishing the cross section of the sintered body, corroding with royal water, and then observing with a microscope and analyzing the image to observe a plurality of metal carbide particles in a predetermined region. The diameter can be measured and obtained from the average value.

以下、一実施形態による焼結合金の製造方法の一例について説明する。なお、一実施形態による焼結合金は、以下の製造方法によって製造されたものに限定されない。
一実施形態による焼結合金は、例えば、鉄合金粉末、質量%で、P:10〜30%、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末、及び黒鉛粉末を含み、全体組成が、質量%で、Cr:11.75〜39.98%、Ni:5.58〜24.98%、Si:0.16〜2.54、P:0.1〜1.5%、C:0.58〜5.55%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる原料粉末を作製し、原料粉末を成形した後に1200℃超過1250℃未満で焼結することを含む。
この方法において、原料粉末は、鉄−リン合金粉末を1.0〜5.0質量%、ニッケル粉末を1〜12質量%、及び黒鉛粉末を0.5〜2.5質量%で含み、残部が鉄合金粉末であることが好ましい。
この方法によれば、上記原料粉末を用いて1200℃超過1250℃未満で焼結することで、全体組成が上記範囲内であって、平均結晶粒径が30〜100μmとなる焼結合金を得ることができる。
Hereinafter, an example of a method for producing a sintered alloy according to one embodiment will be described. The sintered alloy according to one embodiment is not limited to the one produced by the following production method.
The sintered alloy according to one embodiment contains, for example, iron alloy powder, iron-phosphorus alloy powder, nickel powder, and graphite powder having a composition of P: 10 to 30% in mass% and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. , Cr: 11.75 to 39.98%, Ni: 5.58 to 24.98%, Si: 0.16 to 2.54, P: 0.1 to 1.5 by mass%. %, C: 0.58 to 5.55%, the balance of which comprises Fe and unavoidable impurities to prepare a raw material powder, and after molding the raw material powder, sintering at a temperature of more than 1200 ° C. and lower than 1250 ° C.
In this method, the raw material powder contains 1.0 to 5.0% by mass of iron-phosphorus alloy powder, 1 to 12% by mass of nickel powder, and 0.5 to 2.5% by mass of graphite powder, and the balance. Is preferably an iron alloy powder.
According to this method, by sintering using the above raw material powder at a temperature exceeding 1200 ° C. and lower than 1250 ° C., a sintered alloy having an overall composition within the above range and an average crystal grain size of 30 to 100 μm is obtained. be able to.

より詳しくは、一実施形態による焼結合金の製造方法としては、質量%で、Cr:25〜45%、Ni:5〜15%、Si:1.0〜3.0%、C:0.5〜4.0%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末A、質量%で、Cr:12〜25%、Ni:5〜15%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末B、質量%で、P:10〜30%、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末、及び黒鉛粉末を準備すること;鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bを、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bの合計量に対する鉄合金粉末Aの割合が20〜80質量%となるように添加し、原料粉末全量に対し、鉄−リン合金粉末を1.0〜5.0質量%、ニッケル粉末を1〜12質量%、及び黒鉛粉末を0.5〜2.5質量%で添加し原料粉末を得ること;原料粉末を成形し成形体を得ること;及び成形体を1200℃超過1250℃未満で焼結することを含むことが好ましい。 More specifically, as a method for producing a sintered alloy according to one embodiment, in terms of mass%, Cr: 25 to 45%, Ni: 5 to 15%, Si: 1.0 to 3.0%, C: 0. Iron alloy powder A containing 5 to 4.0% and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, mass%, Cr: 12 to 25%, Ni: 5 to 15%, the balance being Fe and unavoidable impurities Prepare iron-phosphorus alloy powder, nickel powder, and graphite powder having a composition consisting of iron alloy powder B having a composition of B, mass%, P: 10 to 30%, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities; iron alloy powder. A and iron alloy powder B are added so that the ratio of iron alloy powder A to the total amount of iron alloy powder A and iron alloy powder B is 20 to 80% by mass, and the iron-phosphorus alloy is added to the total amount of raw material powder. Raw material powder is obtained by adding powder in an amount of 1.0 to 5.0% by mass, nickel powder in an amount of 1 to 12% by mass, and graphite powder in an amount of 0.5 to 2.5% by mass; the raw material powder is molded into a molded product. Obtaining; and preferably comprising sintering the compact at> 1200 ° C. and <1250 ° C.

鉄合金粉末Aは、質量%で、Cr:25〜45%、及びC:0.5〜4.0%を含むことが好ましい。
鉄合金粉末A中のCr量は、25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。これによって、鉄基地部分のCr量が十分となって、鉄基地部分の耐熱性や耐食性をより改善することができる。鉄合金粉末A中のCr量は、45質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。これによって、原料粉末の圧縮性をより改善することができる。
The iron alloy powder A preferably contains Cr: 25 to 45% and C: 0.5 to 4.0% in mass%.
The amount of Cr in the iron alloy powder A is preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more. As a result, the amount of Cr in the iron base portion becomes sufficient, and the heat resistance and corrosion resistance of the iron base portion can be further improved. The amount of Cr in the iron alloy powder A is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. Thereby, the compressibility of the raw material powder can be further improved.

鉄合金粉末A中のC量は、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。これによって、焼結において核となる炭化物の生成を確保して、より好ましい大きさの炭化物を得ることができる。鉄合金粉末A中のC量は、4.0質量%以下が好ましく、3質量%以下がさらに好ましい。これによって、鉄合金粉末Aの粉末硬さの上昇を防止して、原料粉末の圧縮性をより改善することができる。 The amount of C in the iron alloy powder A is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more. As a result, it is possible to secure the formation of carbides that are the core in sintering, and to obtain carbides of a more preferable size. The amount of C in the iron alloy powder A is preferably 4.0% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. As a result, it is possible to prevent an increase in the powder hardness of the iron alloy powder A and further improve the compressibility of the raw material powder.

鉄合金粉末Bは、質量%で、Cr:12〜25%を含むことが好ましい。また、鉄合金粉末Bは、Cを含まないことが好ましい。なお、鉄合金粉末Bにおいて「Cを含まない」とは、積極的に添加しないことを意味し、不可避不純物として含有される程度の量は許容する。 The iron alloy powder B preferably contains Cr: 12 to 25% in mass%. Further, the iron alloy powder B preferably does not contain C. In addition, in the iron alloy powder B, "C-free" means that it is not positively added, and an amount that is contained as an unavoidable impurity is allowed.

鉄合金粉末B中のCr量は、12質量%以上が好ましい。これによって、焼結においてクロム炭化物の生成量を抑制して、鉄基地部分のCr量の低下を防止し、焼結合金の耐熱性及び耐食性をより改善することができる。鉄合金粉末B中のCr量は、25質量%以下が好ましい。Crは、耐摩耗性に寄与する炭化物を微細分散させるため、Cr量を25質量%以下で制限することが好ましい。 The amount of Cr in the iron alloy powder B is preferably 12% by mass or more. As a result, it is possible to suppress the amount of chromium carbide produced during sintering, prevent a decrease in the amount of Cr in the iron matrix portion, and further improve the heat resistance and corrosion resistance of the sintered alloy. The amount of Cr in the iron alloy powder B is preferably 25% by mass or less. Since Cr finely disperses carbides that contribute to wear resistance, it is preferable to limit the amount of Cr to 25% by mass or less.

原料粉末は、黒鉛粉末を含むことが好ましい。原料粉末全体に対し黒鉛粉末は0.5〜2.5質量%であることが好ましい。
焼結において炭化物を析出分散させるためのCは、鉄合金粉末Aと鉄合金粉末Bの混合粉末に黒鉛粉末の形態で付与されることが好ましい。黒鉛粉末の一部は、焼結において鉄合金粉末表面の酸化被膜の還元に費やされるため、その分を見込んで黒鉛粉末を添加することが好ましい。具体的には、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bは、それぞれ上記のように易酸化元素であるCrを含むため、それぞれの粉末表面にCrの酸化被膜が形成されており、焼結においてそれぞれの粉末表面の酸化物の還元反応に黒鉛粉末が余剰に費やされる。焼結において還元等で失われる黒鉛は約0.2%程度であるため、黒鉛粉末の添加量はその分を見込んで0.5質量%以上であることが好ましい。この場合、黒鉛粉末から供給され鉄基地に固溶されるCは0.3質量%以上となり得る。一方で、黒鉛粉末を過度に添加すると、炭化物の析出量が過大となって、焼結合金が脆化するとともに、相手材への攻撃性が著しく増大して相手材を摩耗させたり、焼結合金の被削性を悪化させたりする。また、炭化物の析出量が過大となると、その分焼結合金の鉄基地に含有されるCr量が低下することとなり、焼結合金の耐熱性及び耐食性を低下させることがある。この観点から、黒鉛粉末は2.5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。
The raw material powder preferably contains graphite powder. The graphite powder is preferably 0.5 to 2.5% by mass with respect to the entire raw material powder.
It is preferable that C for precipitating and dispersing carbides in sintering is added to a mixed powder of iron alloy powder A and iron alloy powder B in the form of graphite powder. Since a part of the graphite powder is spent on reducing the oxide film on the surface of the iron alloy powder in sintering, it is preferable to add the graphite powder in anticipation of that amount. Specifically, since the iron alloy powder A and the iron alloy powder B each contain Cr, which is an easily oxidizing element, as described above, an oxide film of Cr is formed on the surface of each powder, and each of them is subjected to sintering. Excess graphite powder is spent on the reduction reaction of oxides on the surface of the powder. Since the amount of graphite lost by reduction or the like in sintering is about 0.2%, the amount of graphite powder added is preferably 0.5% by mass or more in anticipation of that amount. In this case, the amount of C supplied from the graphite powder and dissolved in the iron matrix can be 0.3% by mass or more. On the other hand, if graphite powder is added excessively, the amount of carbides precipitated becomes excessive, the sintered alloy becomes embrittled, and the aggression to the mating material increases remarkably, causing the mating material to wear or shrink bonding. It deteriorates the machinability of gold. Further, if the amount of carbide precipitated is excessive, the amount of Cr contained in the iron matrix of the sintered alloy is reduced by that amount, which may reduce the heat resistance and corrosion resistance of the sintered alloy. From this viewpoint, the graphite powder is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less.

なお、黒鉛粉末は上記の炭化物形成の作用の他、後述する、鉄−リン合金粉末とともに、焼結においてFe−P−C液相を発生させ、液相化温度を低減して、焼結合金の緻密化促進に寄与する作用も有する。 In addition to the above-mentioned carbide forming action, the graphite powder, together with the iron-phosphorus alloy powder described later, generates an Fe-PC liquid phase in sintering to reduce the liquid phase formation temperature and reduce the liquid phase formation temperature of the sintered alloy. It also has the effect of contributing to the promotion of densification.

焼結合金の鉄基地は、耐熱性及び耐食性を備えるとともに、周囲のオーステナイト系耐熱材料と同等の熱膨張係数を備えることが好ましい。このため、鉄基地に固溶して鉄基地の耐熱性及び耐食性を向上させるとともに、鉄基地をオーステナイト化するために、鉄基地はNiを含むことが好ましい。一実施形態による焼結合金は、より均一なオーステナイト基地を得るために、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末BがそれぞれNiを含むことが好ましく、さらに、原料粉末にニッケル粉末を別添加することが好ましい。 It is preferable that the iron matrix of the sintered alloy has heat resistance and corrosion resistance, and also has a coefficient of thermal expansion equivalent to that of the surrounding austenitic heat-resistant material. Therefore, it is preferable that the iron base contains Ni in order to improve the heat resistance and corrosion resistance of the iron base by solid solution to the iron base and to make the iron base austenite. In the sintered alloy according to one embodiment, it is preferable that the iron alloy powder A and the iron alloy powder B each contain Ni in order to obtain a more uniform austenite matrix, and nickel powder may be separately added to the raw material powder. preferable.

鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bは、それぞれNi:5〜15質量%を含むことが好ましい。このNiは、鉄合金粉末に固溶して含まれることが好ましい。
鉄合金粉末がNiを含むことで、鉄合金粉末の鉄基地がオーステナイト基地となり、鉄合金粉末の硬さを低減して原料粉末の圧縮性が向上する作用も得ることができる。鉄合金粉末中のNi量は、5質量%以上が好ましく、8質量%以上がより好ましい。これによって、鉄合金粉末のオーステナイト化を十分に得ることができる。一方、鉄合金粉末中のNi量が15質量%を超えても圧縮性のさらなる向上作用は期待しにくい。さらに、NiはFeやCrに比較して高価であり、近年、地金の価格も高騰している。これより、鉄合金粉末中のNi量は15質量%以下とするとよく、10質量%以下でもよい。
The iron alloy powder A and the iron alloy powder B preferably contain Ni: 5 to 15% by mass, respectively. This Ni is preferably contained in a solid solution in the iron alloy powder.
When the iron alloy powder contains Ni, the iron base of the iron alloy powder becomes an austenite base, and it is possible to obtain the effect of reducing the hardness of the iron alloy powder and improving the compressibility of the raw material powder. The amount of Ni in the iron alloy powder is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more. Thereby, austenitization of the iron alloy powder can be sufficiently obtained. On the other hand, even if the amount of Ni in the iron alloy powder exceeds 15% by mass, it is difficult to expect a further improvement in compressibility. Further, Ni is more expensive than Fe and Cr, and the price of bullion has been rising in recent years. From this, the amount of Ni in the iron alloy powder may be 15% by mass or less, and may be 10% by mass or less.

原料粉末は、原料粉末全量に対し1〜12質量%のニッケル粉末を含むことが好ましい。
上記した鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bに含まれるNiに加えて、原料粉末にニッケル粉末が別添加されることが好ましい。これによって、焼結合金の緻密化を促進することができる。この緻密化促進の作用は、ニッケル粉末の添加量が1質量%以上であることで十分に得ることができる。一方、ニッケル粉末の添加量が過剰になると、粉末の形態で付与するNiが過大となり、鉄基地中に拡散しきらず、Niが単体で残留し易くなる。このようにニッケル粉末が残留して形成されるNi相には炭化物が析出しないことから、相手材に凝着し易く、そこから摩耗が進行して焼結合金の耐摩耗性が低下することがある。これより、原料粉末に添加するニッケル粉末は12質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。
The raw material powder preferably contains 1 to 12% by mass of nickel powder with respect to the total amount of the raw material powder.
In addition to the Ni contained in the iron alloy powder A and the iron alloy powder B described above, it is preferable that nickel powder is separately added to the raw material powder. Thereby, densification of the sintered alloy can be promoted. This effect of promoting densification can be sufficiently obtained when the amount of nickel powder added is 1% by mass or more. On the other hand, if the amount of nickel powder added is excessive, the amount of Ni added in the form of powder becomes excessive, the nickel powder is not completely diffused into the iron base, and Ni tends to remain as a simple substance. Since carbides do not precipitate in the Ni phase formed by residual nickel powder in this way, they tend to adhere to the mating material, and wear progresses from there, resulting in a decrease in wear resistance of the sintered alloy. is there. From this, the nickel powder added to the raw material powder is preferably 12% by mass or less, more preferably 10% by mass or less.

また、添加するニッケル粉末としては、ニッケル粉末の粒径が小さくなるほど、焼結後にNi相が残留し難くなるため好ましい。また、ニッケル粉末の粒径が小さくなるほど、粉末の比表面積が増大し、焼結時の拡散が促進されて焼結合金の緻密化の作用が大きくなる。このため、ニッケル粉末は、200メッシュの篩を通過する粉末、すなわち最大粒子径が74μm以下のニッケル粉末が好ましく、325メッシュの篩を通過する粉末、すなわち最大粒子径が43μm以下のニッケル粉末がより好ましい。 Further, as the nickel powder to be added, the smaller the particle size of the nickel powder, the more difficult it is for the Ni phase to remain after sintering, which is preferable. Further, as the particle size of the nickel powder becomes smaller, the specific surface area of the powder increases, diffusion at the time of sintering is promoted, and the action of densification of the sintered alloy becomes larger. Therefore, the nickel powder is preferably a powder that passes through a 200 mesh sieve, that is, a nickel powder having a maximum particle size of 74 μm or less, and more preferably a powder that passes through a 325 mesh sieve, that is, a nickel powder having a maximum particle size of 43 μm or less. preferable.

鉄合金粉末Aは、Si:1.0〜3.0%を含むことが好ましい。
Cr等の易酸化元素を含む鉄合金粉末の製造において、Siは脱酸剤として添加される。また、Siは鉄基地中に固溶して与えられると鉄基地の耐酸化性、耐熱性を高める作用を有する。しかしながら、鉄基地中にSiが固溶すると鉄基地が硬化するという好ましくない作用を有する。ここで、上記の鉄合金粉末Aは、予め炭化物が析出することから、元々の粉末硬さが高いものであり、一方、上記の鉄合金粉末Bは、軟質であり、両者を混合することで原料粉末の圧縮性を確保するものである。このため、易酸化元素であるCrを多量に含むとともに、元々の粉末硬さが高い鉄合金粉末Aに、上記効果を有するSiを与えることで、上記のSiの作用を焼結合金に付与することができる。
The iron alloy powder A preferably contains Si: 1.0 to 3.0%.
Si is added as a deoxidizer in the production of iron alloy powder containing an easily oxidizing element such as Cr. Further, Si has an effect of enhancing the oxidation resistance and heat resistance of the iron matrix when it is given as a solid solution in the iron matrix. However, when Si dissolves in the iron matrix, it has an unfavorable effect of hardening the iron matrix. Here, the iron alloy powder A originally has a high powder hardness because carbides are precipitated in advance, while the iron alloy powder B is soft and can be mixed by mixing the two. It ensures the compressibility of the raw material powder. Therefore, by giving Si having the above effect to the iron alloy powder A which originally contains a large amount of Cr which is an easily oxidizing element and has a high powder hardness, the action of the above Si is imparted to the sintered alloy. be able to.

鉄合金粉末A中のSi量が1.0質量%以上であることで、上記した作用をより十分に得ることができる。また、鉄合金粉末A中のSi量が3.0質量%を以下であることで、鉄合金粉末Aの粉末硬さの上昇を抑制して、原料粉末の圧縮性をより改善することができる。 When the amount of Si in the iron alloy powder A is 1.0% by mass or more, the above-mentioned action can be more sufficiently obtained. Further, when the amount of Si in the iron alloy powder A is 3.0% by mass or less, it is possible to suppress an increase in the powder hardness of the iron alloy powder A and further improve the compressibility of the raw material powder. ..

鉄合金粉末Bは、Siを含まないことが好ましい。なお、鉄合金粉末Bは易酸化元素であるCrを含むことから、鉄合金粉末の製造において脱酸剤としてSiが使用されることもある。そのため、鉄合金粉末Bにおいて、1.0%未満のSiの混入は不可避不純物として許容され得る。 The iron alloy powder B preferably does not contain Si. Since the iron alloy powder B contains Cr, which is an easily oxidizing element, Si may be used as a deoxidizer in the production of the iron alloy powder. Therefore, in the iron alloy powder B, mixing of less than 1.0% of Si can be tolerated as an unavoidable impurity.

原料粉末は、鉄−リン合金粉末を含むことが好ましい。原料粉末全量に対し鉄−リン粉末は1.0〜5.0質量%であることが好ましい。
また、鉄−リン合金粉末は、質量%で、P:10〜30%、残部がFe及び不可避不純物からなる組成であることが好ましい。
原料粉末には、焼結において液相を発生させて焼結合金の緻密化を促進させるために、鉄−リン合金粉末の状態でPを含むことが好ましい。Pは、Cとともに焼結においてFe−P−C液相を発生させて焼結体の緻密化を促進することができる。これにより、高密度比の焼結合金を得ることが可能となり、特に密度比が90%以上の焼結合金を得ることが可能となる。
鉄−リン合金粉末中のP量が10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であることで、焼結において液相をより確実に発生させて、焼結体の緻密化をより促進することができる。鉄−リン合金粉末中のP量が30質量%以下、より好ましくは25質量%以下であることで、鉄−リン合金粉末の粉末硬さの上昇を防止して、原料粉末の圧縮性をより改善することができる。
The raw material powder preferably contains an iron-phosphorus alloy powder. The iron-phosphorus powder is preferably 1.0 to 5.0% by mass with respect to the total amount of the raw material powder.
Further, the iron-phosphorus alloy powder preferably has a composition of P: 10 to 30% in mass%, and the balance is Fe and unavoidable impurities.
The raw material powder preferably contains P in the state of an iron-phosphorus alloy powder in order to generate a liquid phase in sintering and promote densification of the sintered alloy. P can generate a Fe—PC liquid phase in sintering together with C to promote densification of the sintered body. This makes it possible to obtain a sintered alloy having a high density ratio, and in particular, it is possible to obtain a sintered alloy having a density ratio of 90% or more.
When the amount of P in the iron-phosphorus alloy powder is 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, a liquid phase is more reliably generated in sintering, and densification of the sintered body is further promoted. be able to. When the amount of P in the iron-phosphorus alloy powder is 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, the increase in powder hardness of the iron-phosphorus alloy powder is prevented, and the compressibility of the raw material powder is further improved. Can be improved.

原料粉末全量に対する鉄−リン合金粉末の添加量は、1.0質量%以上であることで、焼結において液相をより確実に発生させて、焼結合金の緻密化をより促進することができる。これによって、高密度比、特に90%以上の密度比を備える焼結合金を得ることが可能となる。原料粉末全量に対する鉄−リン合金粉末の添加量は、5.0質量%以下、より好ましくは3質量%以下であることで、焼結において液相の発生を適量として、焼結の際の型くずれの発生を防止することができる。
焼結において鉄−リン合金粉末に由来して発生するFe−P−C液相は、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bによって形成される鉄基地に拡散して吸収される。これによって、得られる焼結合金において、Pが含まれることが好ましく、Pが0.1〜1.5質量%で含まれることがより好ましい。
When the amount of iron-phosphorus alloy powder added to the total amount of raw material powder is 1.0% by mass or more, it is possible to more reliably generate a liquid phase in sintering and further promote densification of the sintered alloy. it can. This makes it possible to obtain a sintered alloy having a high density ratio, particularly a density ratio of 90% or more. The amount of the iron-phosphorus alloy powder added to the total amount of the raw material powder is 5.0% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. Can be prevented.
The Fe-PC liquid phase generated from the iron-phosphorus alloy powder in sintering is diffused and absorbed in the iron matrix formed by the iron alloy powder A and the iron alloy powder B. As a result, the obtained sintered alloy preferably contains P, and more preferably contains P in an amount of 0.1 to 1.5% by mass.

鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bは、それぞれMo、V、W、Nb及びTiからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含んでもよい。これらの元素は、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bのそれぞれに固溶して含まれることが好ましい。
Mo、V、W、Nb及びTiの合計量は、原料粉末の全体組成に対し5質量%以下であることが好ましい。また、Mo、V、W、Nb及びTiのそれぞれ単独の元素が、原料粉末の全体組成に対し5質量%以下が好ましい。
Mo、V、W、Nb及びTiは、それぞれ原料粉末A及び原料粉末Bのうち少なくとも一方又は両方に含まれることが好ましい。この場合、Mo、V、W、Nb及びTiの合計量は、鉄合金粉末A全体に対して5質量%以下が好ましい。また、Mo、V、W、Nb及びTiのそれぞれ単独の元素が、鉄合金粉末A全体に対して5質量%以下が好ましい。Mo、V、W、Nb及びTiの合計量は、鉄合金粉末B全体に対して5質量%以下が好ましい。また、Mo、V、W、Nb及びTiのそれぞれ単独の元素が、鉄合金粉末B全体に対して5質量%以下が好ましい。
The iron alloy powder A and the iron alloy powder B may further contain at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb and Ti, respectively. These elements are preferably contained as a solid solution in each of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B.
The total amount of Mo, V, W, Nb and Ti is preferably 5% by mass or less with respect to the total composition of the raw material powder. Further, the individual elements of Mo, V, W, Nb and Ti are preferably 5% by mass or less based on the total composition of the raw material powder.
Mo, V, W, Nb and Ti are preferably contained in at least one or both of the raw material powder A and the raw material powder B, respectively. In this case, the total amount of Mo, V, W, Nb and Ti is preferably 5% by mass or less based on the total amount of the iron alloy powder A. Further, the individual elements of Mo, V, W, Nb and Ti are preferably 5% by mass or less based on the total amount of the iron alloy powder A. The total amount of Mo, V, W, Nb and Ti is preferably 5% by mass or less based on the total amount of the iron alloy powder B. Further, the individual elements of Mo, V, W, Nb and Ti are preferably 5% by mass or less based on the total amount of the iron alloy powder B.

上記した原料粉末には、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bの合計量に対する鉄合金粉末Aの割合が20〜80質量%となるように、鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bを添加することが好ましい。この割合は、30〜70質量%がより好ましく、40〜60質量%がさらに好ましい。また、原料粉末には、原料粉末全量に対し、鉄−リン合金粉末を1.0〜5.0質量%と、ニッケル粉末を1〜12質量%と、黒鉛粉末を0.5〜2.5質量%とを添加することが好ましい。原料粉末は、鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末、及び黒鉛粉末以外の残部が鉄合金粉末A及び鉄合金粉末Bであることが好ましい。 The iron alloy powder A and the iron alloy powder B are added to the above-mentioned raw material powder so that the ratio of the iron alloy powder A to the total amount of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B is 20 to 80% by mass. Is preferable. This ratio is more preferably 30 to 70% by mass, further preferably 40 to 60% by mass. The raw material powder includes iron-phosphorus alloy powder in an amount of 1.0 to 5.0% by mass, nickel powder in an amount of 1 to 12% by mass, and graphite powder in an amount of 0.5 to 2.5 based on the total amount of the raw material powder. It is preferable to add% by mass. As the raw material powder, it is preferable that the balance other than the iron-phosphorus alloy powder, the nickel powder, and the graphite powder is the iron alloy powder A and the iron alloy powder B.

上記した原料粉末を成形し、1200℃超過1250℃未満で焼結することで、上記した全体組成を有し、平均結晶粒径が30〜100μmである焼結合金を得ることができる。
上記した原料粉末を成形する方法は特に限定されずに、通常の方法にしたがって成形体を作製することができる。例えば、製品の外周形状を造形する型孔を有する金型と、金型の型孔と摺動自在に嵌合し、製品の下端面を造形する下パンチと、場合によっては製品の内周形状もしくは肉抜き部を造形するコアロッドと、から形成されるキャビティに原料粉末を充填し、製品の上端面を造形する上パンチと、下パンチとにより原料粉末を圧縮成形した後、金型の型孔から抜き出す方法(いわゆる押型法)により成形体に成形することができる。
By molding the above-mentioned raw material powder and sintering it at a temperature exceeding 1200 ° C. and lower than 1250 ° C., a sintered alloy having the above-mentioned overall composition and having an average crystal grain size of 30 to 100 μm can be obtained.
The method for molding the above-mentioned raw material powder is not particularly limited, and a molded product can be produced according to a usual method. For example, a mold having a mold hole for forming the outer peripheral shape of the product, a lower punch that is slidably fitted with the mold hole of the mold to form the lower end surface of the product, and in some cases, the inner peripheral shape of the product. Alternatively, the raw material powder is filled in the cavity formed from the core rod for forming the lightening portion, and the raw material powder is compression-molded by the upper punch and the lower punch for forming the upper end surface of the product, and then the mold hole of the mold is formed. It can be molded into a molded product by a method of extracting from (so-called stamping method).

得られた成形体を焼結する方法は特に限定されずに、焼結炉を用いて焼結を行って焼結体を作製することができる。
焼結温度は、1200℃超過が好ましく、1210℃以上がより好ましい。この温度範囲で、焼結合金の結晶粒の成長が促進されて、焼結合金の平均結晶粒径を30μm以上として、高温強度をより高めることができる。
焼結温度は、1250℃未満が好ましく、1240℃以下がより好ましい。この温度範囲で、結晶粒の過剰な成長を抑制して、焼結合金の平均結晶粒径を100μm以下として、高温強度をより高めることができる。
The method of sintering the obtained molded product is not particularly limited, and a sintered body can be produced by sintering using a sintering furnace.
The sintering temperature is preferably over 1200 ° C., more preferably 1210 ° C. or higher. In this temperature range, the growth of crystal grains of the sintered alloy is promoted, the average crystal grain size of the sintered alloy is set to 30 μm or more, and the high temperature strength can be further increased.
The sintering temperature is preferably less than 1250 ° C, more preferably 1240 ° C or lower. In this temperature range, excessive growth of crystal grains can be suppressed, the average crystal grain size of the sintered alloy can be set to 100 μm or less, and the high temperature strength can be further increased.

焼結時間は特に限定されないが、焼結時間は最高温度での保持時間であり、例えば10min〜120minであってよい。焼結後の冷却速度は特に限定されないが、5℃/分〜10℃/分が好ましい。 The sintering time is not particularly limited, but the sintering time is the holding time at the maximum temperature, and may be, for example, 10 min to 120 min. The cooling rate after sintering is not particularly limited, but is preferably 5 ° C./min to 10 ° C./min.

焼結は、常圧雰囲気、真空雰囲気、減圧雰囲気等のいずれで行ってもよい。一実施形態による製造方法では、鉄−リン合金粉末を添加して焼結において液相を発生させて焼結を促進させることができるため、高価な真空雰囲気又は減圧雰囲気を用いなくてもよい。
焼結は、大気雰囲気、活性ガス、非還元性ガス、非酸化性ガス、非活性ガス等のいずれであってもよいが、酸化被膜の形成を抑制するために非酸化性ガスを好ましく用いることができる。非酸化性ガスとしては、例えば、窒素を10%以上含む窒素と水素との混合ガス、窒素ガス等が挙げられる。
Sintering may be performed in a normal pressure atmosphere, a vacuum atmosphere, a reduced pressure atmosphere, or the like. In the production method according to one embodiment, since iron-phosphorus alloy powder can be added to generate a liquid phase in sintering to promote sintering, it is not necessary to use an expensive vacuum atmosphere or reduced pressure atmosphere.
Sintering may be performed by any of air atmosphere, active gas, non-reducing gas, non-oxidizing gas, non-active gas and the like, but non-oxidizing gas is preferably used in order to suppress the formation of an oxide film. Can be done. Examples of the non-oxidizing gas include a mixed gas of nitrogen and hydrogen containing 10% or more of nitrogen, a nitrogen gas, and the like.

(焼結体試料の作製)
表1に、原料粉末の配合割合、焼結体試料の全体組成を示す。表2に、焼結体試料の焼結温度及び評価結果を示す。
質量%で、Cr:34%、Ni:10%、Si:2%、C:2%、残部がFe及び不可避不純物からなる鉄合金粉末A、質量%で、Cr:18%、Ni:8%、残部がFe及び不可避不純物からなる鉄合金粉末B、質量%で、P:20%、残部がFe及び不可避不純物からなる鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末及び黒鉛粉末を用意し、これらの粉末を表1に示す割合で添加、混合して原料粉末を得た。この原料粉末を、外径10mm、高さ10mmの柱状;JISG0567(1988)II−6型の棒状(平行部径6mm、標点距離30mm、平行部の長さ33〜45mm、肩部の半径≧3mm);及び外径24mm、高さ8mmの薄板形状に成形し、非酸化性雰囲気中で表2に示す焼結温度(最高温度の保持時間)で30分間以上、焼結し、焼結体試料を作製した。得られた焼結体試料の全体組成を表1に併せて示す。
(Preparation of sintered sample)
Table 1 shows the mixing ratio of the raw material powder and the overall composition of the sintered sample. Table 2 shows the sintering temperature and the evaluation result of the sintered body sample.
By mass%, Cr: 34%, Ni: 10%, Si: 2%, C: 2%, iron alloy powder A with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, by mass%, Cr: 18%, Ni: 8% , Iron alloy powder B with the balance composed of Fe and unavoidable impurities, P: 20% by mass%, iron-phosphorus alloy powder with the balance composed of Fe and unavoidable impurities, nickel powder and graphite powder were prepared, and these powders were prepared. Raw material powder was obtained by adding and mixing at the ratios shown in Table 1. This raw material powder is formed into a columnar shape having an outer diameter of 10 mm and a height of 10 mm; JIS G0567 (1988) II-6 type rod-shaped (parallel part diameter 6 mm, gauge distance 30 mm, parallel part length 33 to 45 mm, shoulder radius ≧) 3 mm); and formed into a thin plate shape with an outer diameter of 24 mm and a height of 8 mm, and sintered in a non-oxidizing atmosphere at the sintering temperature (holding time of the maximum temperature) shown in Table 2 for 30 minutes or more. A sample was prepared. The overall composition of the obtained sintered body sample is also shown in Table 1.

(評価)
得られた柱状の焼結体試料を用いて、焼結体の平均結晶粒径を次の手順で評価した。
焼結体試料の金属組織の結晶粒界が見えるように光学顕微鏡(株式会社ニコン製「ECLIPSE」)を調整し、500倍に拡大して観察した。148μm×196μmの焼結体試料の金属組織の写真を撮り、視野中に観察される5個の結晶粒を無作為に抽出し、最長サイズaと最短サイズbをソフト(三谷商事株式会社製「WinROOF」))で測定した。最長サイズaと最短サイズbの平均値が1個の結晶粒の粒径となると仮定し、5個の結晶粒について測定した合計10個の測定値の平均値を平均結晶粒径とした。なお、一つの視野に5個の結晶粒が観察されない場合は、視野を増やして、測定した。
(Evaluation)
Using the obtained columnar sintered body sample, the average crystal grain size of the sintered body was evaluated by the following procedure.
An optical microscope (“ECLIPSE” manufactured by Nikon Corporation) was adjusted so that the crystal grain boundaries of the metal structure of the sintered body sample could be seen, and the sample was observed at a magnification of 500 times. A photograph of the metal structure of a 148 μm × 196 μm sintered body sample was taken, 5 crystal grains observed in the field of view were randomly sampled, and the longest size a and the shortest size b were softened (Mitani Shoji Co., Ltd. “ It was measured by WinROOF ")). Assuming that the average value of the longest size a and the shortest size b is the particle size of one crystal grain, the average value of a total of 10 measured values measured for 5 crystal grains was taken as the average crystal grain size. When 5 crystal grains were not observed in one visual field, the visual field was increased and the measurement was performed.

得られた棒状の焼結体試料を用いて、焼結体の高温強度を加熱炉付きの引張強度試験機を用いて900℃で評価した。
装置名:株式会社島津製作所製の精密万能試験機「AG−100KNE/XR」
高温保持時間:10min以上
試験速度:耐力の取得まで0.09mm/min、以降2.25mm/min
Using the obtained rod-shaped sintered body sample, the high temperature strength of the sintered body was evaluated at 900 ° C. using a tensile strength tester equipped with a heating furnace.
Device name: Precision universal testing machine "AG-100KNE / XR" manufactured by Shimadzu Corporation
High temperature holding time: 10 min or more Test speed: 0.09 mm / min until proof stress acquisition, then 2.25 mm / min

得られた薄板形状の焼結体試料について、これをディスク材として用い、JIS規格のSUS316L相当材にクロマイズ処理を施した外径15mm、長さ22mmのロールを相手材として、試験温度700℃で15分間の往復摺動を行うロールオンディスク摩擦摩耗試験を行い、試験後のディスク材の摩耗深さを測定した。平均摩耗深さは、面荒さ測定器で描いた摺動面形状曲線の平均深さである。 The obtained thin plate-shaped sintered body sample was used as a disc material, and a roll equivalent to JIS standard SUS316L was subjected to chromate treatment and had an outer diameter of 15 mm and a length of 22 mm as a mating material at a test temperature of 700 ° C. A roll-on disk friction and wear test in which reciprocating sliding was performed for 15 minutes was performed, and the wear depth of the disk material after the test was measured. The average wear depth is the average depth of the sliding surface shape curve drawn by the surface roughness measuring instrument.

Figure 2021095599
Figure 2021095599

Figure 2021095599
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各表に示す通り、全体組成が好ましい範囲内であり、かつ、焼結温度が1200℃超過1250℃未満である場合に、焼結体の平均結晶粒径が30〜100μmであることが確認され、また、高温強度が優れる結果であった。
焼結温度が1250℃の例1では、結晶粒の成長が過剰に進行し、焼結中に焼結体が溶融し、サンプルの製造ができなかった。
焼結温度が1200℃及び1140℃の例4及び例5では、結晶粒の成長が十分に進行せずに、平均結晶粒径がそれぞれ26μm及び10μmであり、高温強度が低下した。
As shown in each table, it was confirmed that the average crystal grain size of the sintered body was 30 to 100 μm when the overall composition was within the preferable range and the sintering temperature was more than 1200 ° C and less than 1250 ° C. In addition, the result was that the high temperature strength was excellent.
In Example 1 where the sintering temperature was 1250 ° C., the growth of crystal grains proceeded excessively, the sintered body melted during sintering, and a sample could not be produced.
In Examples 4 and 5 where the sintering temperatures were 1200 ° C. and 1140 ° C., the growth of crystal grains did not proceed sufficiently, the average crystal grain size was 26 μm and 10 μm, respectively, and the high temperature strength was lowered.

(結晶粒の観察)
例3と例5について、光学顕微鏡を用いて結晶粒を観察した。その結果を図1に示す。図1(a)は例5であり、図1(b)は例3である。この結果から、1200℃以下で焼結した例5では平均結晶粒径が30μm未満であるが、1200℃超過で焼結した例3では平均結晶粒径が30〜100μmであることが確認された。
(Observation of crystal grains)
For Example 3 and Example 5, crystal grains were observed using an optical microscope. The result is shown in FIG. FIG. 1 (a) is Example 5, and FIG. 1 (b) is Example 3. From this result, it was confirmed that the average crystal grain size was less than 30 μm in Example 5 sintered at 1200 ° C. or lower, but the average crystal grain size was 30 to 100 μm in Example 3 sintered above 1200 ° C. ..

(応力と歪みの関係)
例5と例3について、950℃、荷重10MPa、試験時間最大24時間、試験片形状II−6型、平行部φ6〜30mmmの条件で、クリープ時間と歪みの関係を測定した。結果を図2に示す。この結果から、より高温環境となる950℃では、結晶粒が30〜100μmの例3の歪み量が少ないことがわかる。詳しくは、クリープ時間が15時間において、例5のひずみは26.4%であるが、例3のひずみは2.7%であった。
測定条件は、以下の通りとした。
試験温度:950℃、荷重:10MPa、試験時間:最大24Hr、試験片形状:II−6型、平行部φ6〜30mm。
(Relationship between stress and strain)
For Examples 5 and 3, the relationship between creep time and strain was measured under the conditions of 950 ° C., a load of 10 MPa, a maximum test time of 24 hours, a test piece shape II-6 type, and a parallel portion φ6 to 30 mm. The results are shown in FIG. From this result, it can be seen that at 950 ° C., which is a higher temperature environment, the amount of strain of Example 3 in which the crystal grains are 30 to 100 μm is small. Specifically, when the creep time was 15 hours, the strain of Example 5 was 26.4%, but the strain of Example 3 was 2.7%.
The measurement conditions were as follows.
Test temperature: 950 ° C., load: 10 MPa, test time: maximum 24 hours, test piece shape: II-6 type, parallel part φ6 to 30 mm.

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 Although the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and any modification or modification is possible as long as it does not deviate from the scope of the present invention.

一実施形態による焼結合金は、高温における優れた耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を有するとともに、優れた被削性を有し、鉄基地組織がオーステナイトであるため、オーステナイト系耐熱材料と同等の熱膨張係数を有し、さらに、優れた高温強度を有することから、例えばターボチャージャー用ターボ部品、特に耐熱性とともに耐食性及び耐摩耗性が要求されるノズルボディ等に好適に用いることができる。 The sintered alloy according to one embodiment has excellent heat resistance, corrosion resistance and abrasion resistance at high temperatures, has excellent machinability, and has an austenitic iron matrix structure, and is therefore equivalent to an austenitic heat resistant material. Since it has a coefficient of thermal expansion and also has excellent high-temperature strength, it can be suitably used for, for example, turbo parts for turbochargers, particularly nozzle bodies that require corrosion resistance and abrasion resistance as well as heat resistance.

Claims (4)

全体組成が、質量%で、Cr:11.75〜39.98%、Ni:5.58〜24.98%、Si:0.16〜2.54、P:0.1〜1.5%、C:0.58〜5.55%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、平均結晶粒径が30μm〜100μmである、焼結合金。 The overall composition is by mass%, Cr: 11.75 to 39.98%, Ni: 5.58 to 24.98%, Si: 0.16 to 2.54, P: 0.1 to 1.5%. , C: A sintered alloy containing 0.58 to 5.55%, the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, and an average crystal grain size of 30 μm to 100 μm. 質量%で、Mo、V、W、Nb、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに合計量で5%以下含む、請求項1に記載の焼結合金。 The sintered alloy according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb, and Ti in mass% and 5% or less in total. 質量%で、Cr:25〜45%、Ni:5〜15%、Si:1.0〜3.0%、C:0.5〜4.0%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末A、
質量%で、Cr:12〜25%、Ni:5〜15%を含み、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄合金粉末B、
質量%で、P:10〜30%、残部がFe及び不可避不純物からなる組成の鉄−リン合金粉末、ニッケル粉末、及び黒鉛粉末を準備すること;
前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bを、前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bの合計量に対する前記鉄合金粉末Aの割合が20〜80質量%となるように添加し、原料粉末全量に対し、前記鉄−リン合金粉末を1.0〜5.0質量%、前記ニッケル粉末を1〜12質量%、及び前記黒鉛粉末を0.5〜2.5質量%で添加し原料粉末を得ること;
前記原料粉末を成形し成形体を得ること;及び
前記成形体を1200℃超過1250℃未満で焼結することを含む、焼結合金の製造方法。
By mass%, it contains Cr: 25 to 45%, Ni: 5 to 15%, Si: 1.0 to 3.0%, C: 0.5 to 4.0%, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities. Iron alloy powder A of composition,
Iron alloy powder B, which contains Cr: 12 to 25% and Ni: 5 to 15% in mass%, and the balance is composed of Fe and unavoidable impurities.
Prepare iron-phosphorus alloy powder, nickel powder, and graphite powder having a composition of P: 10 to 30% by mass and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities;
The iron alloy powder A and the iron alloy powder B are added so that the ratio of the iron alloy powder A to the total amount of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B is 20 to 80% by mass, and the raw material powder is added. The iron-phosphorus alloy powder is added in an amount of 1.0 to 5.0% by mass, the nickel powder is added in an amount of 1 to 12% by mass, and the graphite powder is added in an amount of 0.5 to 2.5% by mass based on the total amount of the raw material powder. To get;
A method for producing a sintered alloy, which comprises molding the raw material powder to obtain a molded product; and sintering the molded product at a temperature of more than 1200 ° C. and lower than 1250 ° C.
前記鉄合金粉末A及び前記鉄合金粉末Bのうち少なくとも一方は、Mo、V、W、Nb、及びTiからなる群から選択される少なくとも1種を、合計量で、原料粉末の全体組成に対し5質量%以下でさらに含む、請求項3に記載の焼結合金の製造方法。 At least one of the iron alloy powder A and the iron alloy powder B contains at least one selected from the group consisting of Mo, V, W, Nb, and Ti in a total amount with respect to the overall composition of the raw material powder. The method for producing a sintered alloy according to claim 3, further comprising 5% by mass or less.
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