JP3517916B2 - 熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法 - Google Patents
熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金法により得ら
れた鉄系焼結体を熱処理することによって高強度化及び
高硬度化した熱処理鉄系焼結合金部品、特に寸法精度に
優れた熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法に関する。
れた鉄系焼結体を熱処理することによって高強度化及び
高硬度化した熱処理鉄系焼結合金部品、特に寸法精度に
優れた熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉末冶金法により得られる鉄系焼結合金
は、溶解鋳造では製造し難い組成が得られ、又切削等を
せずにニアネットシェイプの機械部品を製造できる等の
利点があるため、最近では従来の鉄系鋳造合金に代わっ
て種々の分野で機械部品として使用されつつある。
は、溶解鋳造では製造し難い組成が得られ、又切削等を
せずにニアネットシェイプの機械部品を製造できる等の
利点があるため、最近では従来の鉄系鋳造合金に代わっ
て種々の分野で機械部品として使用されつつある。
【０００３】又、更に高い強度と硬度を必要とする場合
には、鉄系焼結合金に焼入や焼戻等の熱処理を行うこと
ができ、熱処理することによって高強度化及び高硬度化
した熱処理鉄系焼結合金は、エンジンのオイルポンプや
ギヤのような自動車部品等として使用されている。
には、鉄系焼結合金に焼入や焼戻等の熱処理を行うこと
ができ、熱処理することによって高強度化及び高硬度化
した熱処理鉄系焼結合金は、エンジンのオイルポンプや
ギヤのような自動車部品等として使用されている。
【０００４】しかるに、近年の自動車や産業機械の軽量
化及び高性能化のニーズを受けて、これら熱処理鉄系焼
結合金部品の一層の高強度化と高寸法精度化の要求が高
まっている。ところが、熱処理鉄系焼結合金はマルテン
サイト変態していることから変形抵抗が大きく、変形能
も低いので、サイジングやコイニングによる寸法矯正が
極めて難しく、寸法精度の更なる向上が極めて困難であ
る。
化及び高性能化のニーズを受けて、これら熱処理鉄系焼
結合金部品の一層の高強度化と高寸法精度化の要求が高
まっている。ところが、熱処理鉄系焼結合金はマルテン
サイト変態していることから変形抵抗が大きく、変形能
も低いので、サイジングやコイニングによる寸法矯正が
極めて難しく、寸法精度の更なる向上が極めて困難であ
る。
【０００５】特に、表面硬度がＨRＡで６０以上又は引
張強度が８０ｋｇ／ｍｍ2以上になると、サイジングや
コイニングに１０ｔ／ｃｍ2を越える高い圧力が必要と
なるため、金型への負荷が増大し、金型の寿命が短くな
ると共に、形状的にも矯正し得る対象に制約が生じる。
更に、このような状況から、金型のたわみ等の影響によ
り、寸法精度も通常の鉄系焼結合金ほどには改善されな
い。
張強度が８０ｋｇ／ｍｍ2以上になると、サイジングや
コイニングに１０ｔ／ｃｍ2を越える高い圧力が必要と
なるため、金型への負荷が増大し、金型の寿命が短くな
ると共に、形状的にも矯正し得る対象に制約が生じる。
更に、このような状況から、金型のたわみ等の影響によ
り、寸法精度も通常の鉄系焼結合金ほどには改善されな
い。
【０００６】そこで従来は、高強度や高硬度を必要とす
る熱処理鉄系焼結合金部品を製造する場合には、鉄系焼
結体にサイジングやコイニングを施した後、熱処理を行
い、その後更に高い寸法精度を必要とする箇所に切削等
の機械加工を加えて所望の寸法精度を達成している。か
かる方法により製造されている熱処理鉄系焼結合金部品
の一例として、自動車エンジン用のオイルポンプロータ
ーやギヤ等がある。
る熱処理鉄系焼結合金部品を製造する場合には、鉄系焼
結体にサイジングやコイニングを施した後、熱処理を行
い、その後更に高い寸法精度を必要とする箇所に切削等
の機械加工を加えて所望の寸法精度を達成している。か
かる方法により製造されている熱処理鉄系焼結合金部品
の一例として、自動車エンジン用のオイルポンプロータ
ーやギヤ等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の方法では、鉄系焼結体をサイジング又はコイニングし
た際の残留応力が、後の熱処理中に解放されるため寸法
精度が大きく劣化し、気孔の存在を利用したサイジング
やコイニングが有効に働かない欠点があった。このた
め、例えばオイルポンプでは、寸法精度の低下により、
ポンプ効率が低下したり、騒音が大きくなる等の問題が
発生する。
の方法では、鉄系焼結体をサイジング又はコイニングし
た際の残留応力が、後の熱処理中に解放されるため寸法
精度が大きく劣化し、気孔の存在を利用したサイジング
やコイニングが有効に働かない欠点があった。このた
め、例えばオイルポンプでは、寸法精度の低下により、
ポンプ効率が低下したり、騒音が大きくなる等の問題が
発生する。
【０００８】又、高い寸法精度を得るために、サイジン
グやコイニングの外に切削等の機械加工を必要とするの
で、加工費の増加や、加工による材料ロスから原料費も
増加し、一般の鋼材の機械加工品あるいは冷間又は熱間
鍛造品を熱処理し、機械加工を加えた鉄系合金部品に対
して、コスト競争力を発揮できなかった。
グやコイニングの外に切削等の機械加工を必要とするの
で、加工費の増加や、加工による材料ロスから原料費も
増加し、一般の鋼材の機械加工品あるいは冷間又は熱間
鍛造品を熱処理し、機械加工を加えた鉄系合金部品に対
して、コスト競争力を発揮できなかった。
【０００９】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、高強
度且つ高硬度であって、寸法精度に優れた熱処理鉄系焼
結合金部品を、切削加工等の機械加工を施すことなく、
経済的に低コストで製造する方法を提供することを目的
とする。
度且つ高硬度であって、寸法精度に優れた熱処理鉄系焼
結合金部品を、切削加工等の機械加工を施すことなく、
経済的に低コストで製造する方法を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する熱処理鉄系焼結合金部品の製造方
法は、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）が５０〜３
５０℃の温度域にある鉄系焼結体を、オーステナイト化
温度（Ａｅ１点）以上の温度でオーステナイト化した
後、マルテンサイト変態が出現する冷却速度で冷却して
焼入し、その冷却過程で焼入体の温度がＭｓ点以上且つ
Ａｅ１点以下の温度域に達したとき取り出し、金型を用
いてサイジング又はコイニングを行うと共にマルテンサ
イト変態を終了させることを特徴とする。
め、本発明が提供する熱処理鉄系焼結合金部品の製造方
法は、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）が５０〜３
５０℃の温度域にある鉄系焼結体を、オーステナイト化
温度（Ａｅ１点）以上の温度でオーステナイト化した
後、マルテンサイト変態が出現する冷却速度で冷却して
焼入し、その冷却過程で焼入体の温度がＭｓ点以上且つ
Ａｅ１点以下の温度域に達したとき取り出し、金型を用
いてサイジング又はコイニングを行うと共にマルテンサ
イト変態を終了させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明においては、高い寸法精度を得るため
に、最終工程である熱処理工程において、同時にサイジ
ング又はコイニングによる寸法矯正を行う。即ち、鉄系
焼結体を焼入した焼入体の温度がマルテンサイト変態点
（Ｍｓ点）に達するまでの冷却過程中は、結晶組織が炭
素固溶度の高いｆｃｃ構造のオーステナイト領域にある
ので、焼入体の変形抵抗が低く、変形能が高いため、サ
イジング又はコイニングにより組成変形を与えることで
気孔を潰し、密度を上げると同時に、寸法精度の高い熱
処理焼結合金部品を得ることができる。
に、最終工程である熱処理工程において、同時にサイジ
ング又はコイニングによる寸法矯正を行う。即ち、鉄系
焼結体を焼入した焼入体の温度がマルテンサイト変態点
（Ｍｓ点）に達するまでの冷却過程中は、結晶組織が炭
素固溶度の高いｆｃｃ構造のオーステナイト領域にある
ので、焼入体の変形抵抗が低く、変形能が高いため、サ
イジング又はコイニングにより組成変形を与えることで
気孔を潰し、密度を上げると同時に、寸法精度の高い熱
処理焼結合金部品を得ることができる。
【００１２】即ち、Ａｅ１点以下で且つＭｓ点以上の温
度で焼入体のサイジング又はコイニングを行うと、焼入
体が金型の温度近くまで冷却され、且つまたサイジング
やコイニングの加圧力によりＭｓ点が上昇して、マルテ
ンサイト変態が誘起される。この結果、マルテンサイト
変態により高強度化及び高硬度化が達成されると同時
に、サイジング又はコイニングにより寸法矯正され、し
かもマルテンサイト変態が終了した後に金型から取り出
されるため、金型寸法のままの熱処理焼結合金部品を得
ることができる。
度で焼入体のサイジング又はコイニングを行うと、焼入
体が金型の温度近くまで冷却され、且つまたサイジング
やコイニングの加圧力によりＭｓ点が上昇して、マルテ
ンサイト変態が誘起される。この結果、マルテンサイト
変態により高強度化及び高硬度化が達成されると同時
に、サイジング又はコイニングにより寸法矯正され、し
かもマルテンサイト変態が終了した後に金型から取り出
されるため、金型寸法のままの熱処理焼結合金部品を得
ることができる。
【００１３】サイジング又はコイニングを開始する際に
焼入体の温度がＭｓ点を越えて低くなると、マルテンサ
イト変態が開始されるため変形抵抗が増大し、焼入体の
気孔を潰すことによる寸法の矯正が困難となる。又、サ
イジング又はコイニングの際に焼入体の温度がオーステ
ナイト化温度（Ａｅ１点）以下にならないと、サイジン
グやコイニングの終了時までにマルテンサイト変態が完
了しないことが多いので、寸法矯正と同時に高強度化及
び高硬度化を図ることが難しい。
焼入体の温度がＭｓ点を越えて低くなると、マルテンサ
イト変態が開始されるため変形抵抗が増大し、焼入体の
気孔を潰すことによる寸法の矯正が困難となる。又、サ
イジング又はコイニングの際に焼入体の温度がオーステ
ナイト化温度（Ａｅ１点）以下にならないと、サイジン
グやコイニングの終了時までにマルテンサイト変態が完
了しないことが多いので、寸法矯正と同時に高強度化及
び高硬度化を図ることが難しい。
【００１４】本発明方法により、Ｍｓ点以上且つＡｅ１
点以下の温度域にある焼入体をサイジング又はコイニン
グを行い、マルテンサイト化により高強度化するために
は、鉄系焼結体のマルテンサイト変態が５０〜３５０℃
の温度域で出現する必要がある。その理由は、鉄系焼結
体のＭｓ点が５０℃より低い場合には、サイジング又は
コイニング中にマルテンサイト変態が完了せず、金型か
らノックアウトした後にマルテンサイト変態することが
あるからである。又、Ｍｓ点が３５０℃を越える場合に
は、サイジング又はコイニングによる寸法矯正が終わら
ないうちに、金型への放熱によりマルテンサイト変態が
進行するため、十分な寸法矯正を行うことができない。
点以下の温度域にある焼入体をサイジング又はコイニン
グを行い、マルテンサイト化により高強度化するために
は、鉄系焼結体のマルテンサイト変態が５０〜３５０℃
の温度域で出現する必要がある。その理由は、鉄系焼結
体のＭｓ点が５０℃より低い場合には、サイジング又は
コイニング中にマルテンサイト変態が完了せず、金型か
らノックアウトした後にマルテンサイト変態することが
あるからである。又、Ｍｓ点が３５０℃を越える場合に
は、サイジング又はコイニングによる寸法矯正が終わら
ないうちに、金型への放熱によりマルテンサイト変態が
進行するため、十分な寸法矯正を行うことができない。
【００１５】又、本発明方法では鉄系焼結体の焼入体の
サイジング又はコイニングをオーステナイト領域で行う
ので、サイジング又はコイニングに支障はない。しか
し、従来の熱処理によりマルテンサイト化した後にサイ
ジング又はコイニングを行う方法では、マルテンサイト
化後の引張強度が８０ｋｇ／ｍｍ2以上、表面硬度がＨR
Ａで６０以上となる鉄系焼結体はサイジング又はコイニ
ングが困難であることを考慮すれば、本発明方法は従来
困難であった上記引張強度及び表面硬度以上のものにつ
いて特に有効であると言える。
サイジング又はコイニングをオーステナイト領域で行う
ので、サイジング又はコイニングに支障はない。しか
し、従来の熱処理によりマルテンサイト化した後にサイ
ジング又はコイニングを行う方法では、マルテンサイト
化後の引張強度が８０ｋｇ／ｍｍ2以上、表面硬度がＨR
Ａで６０以上となる鉄系焼結体はサイジング又はコイニ
ングが困難であることを考慮すれば、本発明方法は従来
困難であった上記引張強度及び表面硬度以上のものにつ
いて特に有効であると言える。
【００１６】更に、粉末冶金法で製造した鉄系焼結体は
一般的に気孔を含むので、サイジング又はコイニングが
可能であるが、その気孔率が５％未満では寸法矯正のた
めに要する変形が部品内部にまで及び、残留歪が大きく
なるうえ変形抵抗が大きくなる。又、気孔率が２０％を
越えると機械的特性が低下して、サイジングやコイニン
グ及び熱処理を行っても強度等の特性が満足すべきもの
とならない。従って、鉄系焼結体の気孔率は５〜２０％
の範囲であることが好ましい。
一般的に気孔を含むので、サイジング又はコイニングが
可能であるが、その気孔率が５％未満では寸法矯正のた
めに要する変形が部品内部にまで及び、残留歪が大きく
なるうえ変形抵抗が大きくなる。又、気孔率が２０％を
越えると機械的特性が低下して、サイジングやコイニン
グ及び熱処理を行っても強度等の特性が満足すべきもの
とならない。従って、鉄系焼結体の気孔率は５〜２０％
の範囲であることが好ましい。
【００１７】鉄系焼結体の組成については特に制限はな
く、炭素鋼の組成であっても合金鋼の組成であっても良
いが、当然のこととして、熱処理によりマルテンサイト
変態を起こして強度及び硬度を高めるために炭素は必須
の元素である。しかし、炭素が０.２重量％未満ではか
かる効果が少なく、１.６重量％を越えると最終部品の
靭性が低下するので、炭素の含有量は０.２〜１.６重量
％の範囲が好ましい。
く、炭素鋼の組成であっても合金鋼の組成であっても良
いが、当然のこととして、熱処理によりマルテンサイト
変態を起こして強度及び硬度を高めるために炭素は必須
の元素である。しかし、炭素が０.２重量％未満ではか
かる効果が少なく、１.６重量％を越えると最終部品の
靭性が低下するので、炭素の含有量は０.２〜１.６重量
％の範囲が好ましい。
【００１８】特に、鉄系焼結体が合金鋼の組成の場合、
０.２〜１.６重量％の炭素と、８０重量％以上の鉄と、
合金元素として８重量％以下のＭｏ、６重量％以下のＮ
ｉ、それぞれ４重量％以下のＭｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、それぞ
れ２重量％以下のＷ、Ｃｏ、それぞれ１重量％以下のＳ
ｉ、Ｖ、Ａｌから選ばれた少なくとも１種の合金元素と
からなり、前記合金元素について３５０×Ｃ％＋４０×
Ｍｎ％＋３５×Ｖ％＋２０×Ｃｒ％＋１７×Ｎｉ％＋１
１×Ｓｉ％＋１０×Ｃｕ％＋１０×Ｍｏ％＋５×Ｗ％−
１５×Ｃｏ％−３０×Ａｌ％（いずれも重量％）の値Ｆ
(ｅ)が２００〜５００であることが好ましい。
０.２〜１.６重量％の炭素と、８０重量％以上の鉄と、
合金元素として８重量％以下のＭｏ、６重量％以下のＮ
ｉ、それぞれ４重量％以下のＭｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、それぞ
れ２重量％以下のＷ、Ｃｏ、それぞれ１重量％以下のＳ
ｉ、Ｖ、Ａｌから選ばれた少なくとも１種の合金元素と
からなり、前記合金元素について３５０×Ｃ％＋４０×
Ｍｎ％＋３５×Ｖ％＋２０×Ｃｒ％＋１７×Ｎｉ％＋１
１×Ｓｉ％＋１０×Ｃｕ％＋１０×Ｍｏ％＋５×Ｗ％−
１５×Ｃｏ％−３０×Ａｌ％（いずれも重量％）の値Ｆ
(ｅ)が２００〜５００であることが好ましい。
【００１９】Ｍｎ等の合金元素の含有量を上記のごとく
限定する理由は、これらの合金元素は機械的特性を改善
するために添加されるが、個々の合金元素の各含有量が
上記の範囲を越えるとサイジングやコイニングによる塑
性変形を阻害するからである。又、上記値Ｆ(ｅ)が２０
０未満では最終部品の熱安定性が低下し、十分な強度が
得られず、５００を越えるとサイジングやコイニングに
おける変形抵抗が高くなるため、寸法矯正が困難にな
る。尚、鉄が８０重量％未満では、均一なマルテンサイ
ト変態が難しくなり、高い寸法精度が得られなくなる。
限定する理由は、これらの合金元素は機械的特性を改善
するために添加されるが、個々の合金元素の各含有量が
上記の範囲を越えるとサイジングやコイニングによる塑
性変形を阻害するからである。又、上記値Ｆ(ｅ)が２０
０未満では最終部品の熱安定性が低下し、十分な強度が
得られず、５００を越えるとサイジングやコイニングに
おける変形抵抗が高くなるため、寸法矯正が困難にな
る。尚、鉄が８０重量％未満では、均一なマルテンサイ
ト変態が難しくなり、高い寸法精度が得られなくなる。
【００２０】次に、本発明方法を更に具体的に説明す
る。まず、粉末冶金法に従って、通常のごとく原料粉末
を混合し、その成形体を焼結することにより鉄系焼結体
を製造する。原料粉末の一部に、合金元素を拡散接合さ
せた部分拡散合金粉末を用いると、成形体中の組成のば
らつきが少なくなるうえ、焼結時の拡散も均一に進行す
るため、成分偏析の少ない均質な焼結体が得られる。こ
の焼結体ではＭｓ点が安定するため、サイジング又はコ
イニングの条件が安定化し、最終部品の寸法精度が向上
する利点がある。
る。まず、粉末冶金法に従って、通常のごとく原料粉末
を混合し、その成形体を焼結することにより鉄系焼結体
を製造する。原料粉末の一部に、合金元素を拡散接合さ
せた部分拡散合金粉末を用いると、成形体中の組成のば
らつきが少なくなるうえ、焼結時の拡散も均一に進行す
るため、成分偏析の少ない均質な焼結体が得られる。こ
の焼結体ではＭｓ点が安定するため、サイジング又はコ
イニングの条件が安定化し、最終部品の寸法精度が向上
する利点がある。
【００２１】かくして得られた鉄系焼結体を、本発明方
法ではサイジングやコイニングを施すことなくオーステ
ナイト化処理する。即ち、本発明方法では、サイジング
やコイニングに先立って鉄系焼結体をオーステナイト化
する。従って、焼結体を一旦常温まで降温する必要はな
く、しかも一般に焼結温度はオーステナイト化温度（Ａ
ｅ１点）よりも高温度域であるから、焼結工程後に焼結
体をマルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）以下に冷却さ
せず、そのままＡｅ１点以上の温度でオーステナイト化
することが可能であり、これによりエネルギーの効率化
を図ることができる。
法ではサイジングやコイニングを施すことなくオーステ
ナイト化処理する。即ち、本発明方法では、サイジング
やコイニングに先立って鉄系焼結体をオーステナイト化
する。従って、焼結体を一旦常温まで降温する必要はな
く、しかも一般に焼結温度はオーステナイト化温度（Ａ
ｅ１点）よりも高温度域であるから、焼結工程後に焼結
体をマルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）以下に冷却さ
せず、そのままＡｅ１点以上の温度でオーステナイト化
することが可能であり、これによりエネルギーの効率化
を図ることができる。
【００２２】鉄系焼結体のオーステナイト化処理は、焼
結体組成によって定まるＡｅ１点以上に焼結体を加熱保
持することにより行われる。加熱方法は一般的なバッチ
式やベルト式の加熱炉等を用いることが可能である。し
かし、サイジング又はコイニング工程での焼入体の実体
温度の管理精度が重要であるため、加熱条件の正確な設
定が可能で且つエネルギー効率の高い誘電加熱が適して
いる。
結体組成によって定まるＡｅ１点以上に焼結体を加熱保
持することにより行われる。加熱方法は一般的なバッチ
式やベルト式の加熱炉等を用いることが可能である。し
かし、サイジング又はコイニング工程での焼入体の実体
温度の管理精度が重要であるため、加熱条件の正確な設
定が可能で且つエネルギー効率の高い誘電加熱が適して
いる。
【００２３】オーステナイト化処理した焼結体は、マル
テンサイト変態が出現する冷却速度で、例えば１０℃／
秒を越えるような冷却速度で焼入する。尚、冷却によっ
て焼入体の温度がＭｓ点より低下してはならないし、ベ
イナイト変態が生じるような温度に保持することは避け
ねばならない。
テンサイト変態が出現する冷却速度で、例えば１０℃／
秒を越えるような冷却速度で焼入する。尚、冷却によっ
て焼入体の温度がＭｓ点より低下してはならないし、ベ
イナイト変態が生じるような温度に保持することは避け
ねばならない。
【００２４】冷却によって焼入体の温度がＭｓ点以上で
且つＡｅ１点以下の温度域となったとき、焼入体を取り
出して金型を用いたサイジング又はコイニングにより寸
法矯正を行う。その際、サイジング又はコイニングの圧
力は２〜１０ｔ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
この圧力が２ｔ／ｃｍ２未満では十分な寸法矯正が行え
ず、１０ｔ／ｃｍ２を越えると金型寿命が短くなるほ
か、金型のひずみにより得られる部品の寸法精度が劣化
するからである。
且つＡｅ１点以下の温度域となったとき、焼入体を取り
出して金型を用いたサイジング又はコイニングにより寸
法矯正を行う。その際、サイジング又はコイニングの圧
力は２〜１０ｔ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
この圧力が２ｔ／ｃｍ２未満では十分な寸法矯正が行え
ず、１０ｔ／ｃｍ２を越えると金型寿命が短くなるほ
か、金型のひずみにより得られる部品の寸法精度が劣化
するからである。
【００２５】又、サイジング又はコイニングを行う際の
金型温度は（Ｍｓ点＋１００）℃以下とすることが好ま
しい。サイジング型又はコイニング型の温度が（Ｍｓ点
＋１００）℃を越えると、サイジング又はコイニング中
に焼入体の温度がＭｓ点以下に下降しないためマルテン
サイト変態が開始されず、金型からノックアウトした段
階で初めてマルテンサイト変態する場合があるので、寸
法精度が低下するからである。尚、Ｍｓ点より１００℃
まで高温であって良いのは、サイジング又はコイニング
時の塑性加工によりマルテンサイト変態開始点が上昇す
る場合があるからである。
金型温度は（Ｍｓ点＋１００）℃以下とすることが好ま
しい。サイジング型又はコイニング型の温度が（Ｍｓ点
＋１００）℃を越えると、サイジング又はコイニング中
に焼入体の温度がＭｓ点以下に下降しないためマルテン
サイト変態が開始されず、金型からノックアウトした段
階で初めてマルテンサイト変態する場合があるので、寸
法精度が低下するからである。尚、Ｍｓ点より１００℃
まで高温であって良いのは、サイジング又はコイニング
時の塑性加工によりマルテンサイト変態開始点が上昇す
る場合があるからである。
【００２６】
【実施例】実施例１
組成がＦｅ−４重量％Ｎｉ−０.５重量％Ｍｏ−１.５重
量％Ｃｕの部分拡散合金粉末に、０.８重量％のグラフ
ァイト粉末と、０.８重量％の潤滑剤を添加混合し、そ
の混合粉末を成形圧力６ｔ／ｃｍ2で成形して、外径４
０ｍｍ×内径２７ｍｍ×厚さ１０ｍｍのリング状成形体
とした。
量％Ｃｕの部分拡散合金粉末に、０.８重量％のグラフ
ァイト粉末と、０.８重量％の潤滑剤を添加混合し、そ
の混合粉末を成形圧力６ｔ／ｃｍ2で成形して、外径４
０ｍｍ×内径２７ｍｍ×厚さ１０ｍｍのリング状成形体
とした。
【００２７】この成形体を減圧窒素ガス雰囲気中におい
て１１５０℃で２０分間焼結することにより、真密度比
８９％で気孔率１１％の鉄系焼結体を得た。この焼結体
のＦ(ｅ)値＝３５０×Ｃ％＋４０×Ｍｎ％＋３５×Ｖ％
＋２０×Ｃｒ％＋１７×Ｎｉ％＋１１×Ｓｉ％＋１０×
Ｃｕ％＋１０×Ｍｏ％＋５×Ｗ％−１５×Ｃｏ％−３０
×Ａｌ％（いずれも重量％）は、組成より計算して３６
８であった。又、この組成の焼結体のマルテンサイト変
態点（Ｍｓ点）とオーステナイト化温度（Ａｅ１点）を
別途調べたところ、Ｍｓ点は約１７０℃及びＡｅ１点は
約７５０℃であった。
て１１５０℃で２０分間焼結することにより、真密度比
８９％で気孔率１１％の鉄系焼結体を得た。この焼結体
のＦ(ｅ)値＝３５０×Ｃ％＋４０×Ｍｎ％＋３５×Ｖ％
＋２０×Ｃｒ％＋１７×Ｎｉ％＋１１×Ｓｉ％＋１０×
Ｃｕ％＋１０×Ｍｏ％＋５×Ｗ％−１５×Ｃｏ％−３０
×Ａｌ％（いずれも重量％）は、組成より計算して３６
８であった。又、この組成の焼結体のマルテンサイト変
態点（Ｍｓ点）とオーステナイト化温度（Ａｅ１点）を
別途調べたところ、Ｍｓ点は約１７０℃及びＡｅ１点は
約７５０℃であった。
【００２８】次に、この焼結体を８８０℃でオーステナ
イト化処理した後、１８０℃に保持した油槽中に投入し
て焼入した。焼入体が油槽中で約１８秒後に約２６０℃
まで冷却した段階で油槽から取り出し、金型温度１７０
℃に加熱したサイジング金型を用いて、サイジング圧力
７ｔ／ｃｍ2にて内外径を５０μｍのサイジング代で寸
法矯正した。サイジングの終了時点において、得られた
サイジング体はマルテンサイト化が完了していた。
イト化処理した後、１８０℃に保持した油槽中に投入し
て焼入した。焼入体が油槽中で約１８秒後に約２６０℃
まで冷却した段階で油槽から取り出し、金型温度１７０
℃に加熱したサイジング金型を用いて、サイジング圧力
７ｔ／ｃｍ2にて内外径を５０μｍのサイジング代で寸
法矯正した。サイジングの終了時点において、得られた
サイジング体はマルテンサイト化が完了していた。
【００２９】このサイジング体に−１０℃×１０分のサ
ブゼロ処理を施した後の表面硬度はＨRＡで７２、引張
強度は１５０ｋｇ／ｍｍ2であった。又、同様にして得
られた５０個のサイジング体の内外径の真円度は、内径
が最大４μｍ及び外径が最大６μｍであった。
ブゼロ処理を施した後の表面硬度はＨRＡで７２、引張
強度は１５０ｋｇ／ｍｍ2であった。又、同様にして得
られた５０個のサイジング体の内外径の真円度は、内径
が最大４μｍ及び外径が最大６μｍであった。
【００３０】比較のため、同様に製造した同一組成の焼
結体を、同様にオーステナイト化処理した後、３００℃
の塩浴中で６分間保持してベイナイト変態させた焼結
体、及びＭｓ点以下の１５０℃まで冷却させた焼結体に
ついて、上記と同一条件でサイジングを行ったところ、
寸法矯正ができなかった。又、これらの焼結体を７００
℃まで再加熱した後、２５０℃でサイジング又はコイニ
ングしても塑性変形は殆ど認められなかった。
結体を、同様にオーステナイト化処理した後、３００℃
の塩浴中で６分間保持してベイナイト変態させた焼結
体、及びＭｓ点以下の１５０℃まで冷却させた焼結体に
ついて、上記と同一条件でサイジングを行ったところ、
寸法矯正ができなかった。又、これらの焼結体を７００
℃まで再加熱した後、２５０℃でサイジング又はコイニ
ングしても塑性変形は殆ど認められなかった。
【００３１】実施例２
一部に部分拡散合金粉末を用いた組成がＦｅ−３.５重
量％Ｎｉ−０.５重量％Ｍｏ−１重量％Ｍｎ−１重量％
Ｃｒ−０.５重量％Ｓｉの粉末に、０.６重量％のグラフ
ァイト粉末を添加混合し、その混合粉末を潤滑剤を塗布
した金型を用いて成形圧力８ｔ／ｃｍ2で成形して、真
密度比が９１％で寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍ
の矩形成形体とした。
量％Ｎｉ−０.５重量％Ｍｏ−１重量％Ｍｎ−１重量％
Ｃｒ−０.５重量％Ｓｉの粉末に、０.６重量％のグラフ
ァイト粉末を添加混合し、その混合粉末を潤滑剤を塗布
した金型を用いて成形圧力８ｔ／ｃｍ2で成形して、真
密度比が９１％で寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍ
の矩形成形体とした。
【００３２】この成形体を、減圧窒素ガス雰囲気中にお
いて誘導加熱により１２８０℃まで昇温し、３分間保持
して焼結した後、得られた焼結体を室温まで冷却するこ
となくそのままオーステナイト化処理し、８５０℃まで
冷却した時点で１５０℃に保持した油槽中に投入して焼
入した。尚、組成より前記計算式で算出したＦ(ｅ)値は
３４０であり、又別途求めた焼結後のＭｓ点は約２００
℃及びＡｅ１点は約７５０℃であった。
いて誘導加熱により１２８０℃まで昇温し、３分間保持
して焼結した後、得られた焼結体を室温まで冷却するこ
となくそのままオーステナイト化処理し、８５０℃まで
冷却した時点で１５０℃に保持した油槽中に投入して焼
入した。尚、組成より前記計算式で算出したＦ(ｅ)値は
３４０であり、又別途求めた焼結後のＭｓ点は約２００
℃及びＡｅ１点は約７５０℃であった。
【００３３】更に、焼入体が油槽中で約１５秒後に約２
３０℃まで冷却した段階で油槽から取り出し、金型温度
１００℃に加熱したコイニング金型を用いて、コイニン
グ圧力８ｔ／ｃｍ2にて真密度比９７％までコイニング
した。コイニングの終了時点において、得られたコイニ
ング体はマルテンサイト化が完了していた。
３０℃まで冷却した段階で油槽から取り出し、金型温度
１００℃に加熱したコイニング金型を用いて、コイニン
グ圧力８ｔ／ｃｍ2にて真密度比９７％までコイニング
した。コイニングの終了時点において、得られたコイニ
ング体はマルテンサイト化が完了していた。
【００３４】このコイニング体は、２００℃×６０分の
焼戻を行った結果、その表面硬度はＨRＡで６９、引張
強度は２１０ｋｇ／ｍｍ2となった。又、コイニング金
型の各コーナー４点で定める真円に対応するコイニング
体の各コーナーで決まる軌跡の真円度は９μｍであっ
た。
焼戻を行った結果、その表面硬度はＨRＡで６９、引張
強度は２１０ｋｇ／ｍｍ2となった。又、コイニング金
型の各コーナー４点で定める真円に対応するコイニング
体の各コーナーで決まる軌跡の真円度は９μｍであっ
た。
【００３５】比較のため、組成がＦｅ−２重量％Ｎｉ−
０.５重量％Ｍｏの合金粉末に０.４重量％のグラファイ
ト粉末を添加混合し、その真密度比９０％の成形体を焼
結した。得られた焼結体において、組成より前記計算式
で算出したＦ(ｅ)値が１７９であり、Ｍｓ点は約３８０
℃及びＡｅ１点は約７５０℃であった。
０.５重量％Ｍｏの合金粉末に０.４重量％のグラファイ
ト粉末を添加混合し、その真密度比９０％の成形体を焼
結した。得られた焼結体において、組成より前記計算式
で算出したＦ(ｅ)値が１７９であり、Ｍｓ点は約３８０
℃及びＡｅ１点は約７５０℃であった。
【００３６】この焼結体をオーステナイト化処理した
後、上記と同一条件で焼入まで実施して約５秒で約４０
０℃まで冷却した段階で、金型温度１８０℃のコイニン
グ金型を用いコイニング圧力８ｔ／ｃｍ2でコイニング
した。しかし、このコイニング体の真密度比は９２％ま
でしか上昇せず、このコイニング体を同一条件で焼戻し
た場合の表面硬度はＨRＡで８０程度で、引張強度は６
５ｋｇ／ｍｍ2しかなく、コイニング金型の各コーナー
４点で定める真円に対応するコイニング体の各コーナー
で決まる軌跡の真円度も４２μｍと極めて悪かった。
後、上記と同一条件で焼入まで実施して約５秒で約４０
０℃まで冷却した段階で、金型温度１８０℃のコイニン
グ金型を用いコイニング圧力８ｔ／ｃｍ2でコイニング
した。しかし、このコイニング体の真密度比は９２％ま
でしか上昇せず、このコイニング体を同一条件で焼戻し
た場合の表面硬度はＨRＡで８０程度で、引張強度は６
５ｋｇ／ｍｍ2しかなく、コイニング金型の各コーナー
４点で定める真円に対応するコイニング体の各コーナー
で決まる軌跡の真円度も４２μｍと極めて悪かった。
【００３７】実施例３
組成がＦｅ−４重量％Ｎｉ−０.５重量％Ｍｏ−１.５重
量％Ｃｕ−０.８重量％Ｃからなる熱処理焼結合金部品
として、外径５５ｍｍであってインボリュート歯形の内
接円の内径が３８ｍｍで設計される４葉５接のオイルポ
ンプのアウターローターを、下記の各方法により内接円
の真円度が１０μｍとなるように製造した。
量％Ｃｕ−０.８重量％Ｃからなる熱処理焼結合金部品
として、外径５５ｍｍであってインボリュート歯形の内
接円の内径が３８ｍｍで設計される４葉５接のオイルポ
ンプのアウターローターを、下記の各方法により内接円
の真円度が１０μｍとなるように製造した。
【００３８】即ち、上記組成の焼結体を冷間サイジング
したアウターローターＡ、焼結体を冷間サイジングした
後焼入し、更に切削加工したアウターローターＢ、及び
焼結体を実施例１と同様にオーステナイト化処理し、そ
の焼入体を実施例１と同一条件でサイジングしたアウタ
ーローターＣを、それぞれ製造した。
したアウターローターＡ、焼結体を冷間サイジングした
後焼入し、更に切削加工したアウターローターＢ、及び
焼結体を実施例１と同様にオーステナイト化処理し、そ
の焼入体を実施例１と同一条件でサイジングしたアウタ
ーローターＣを、それぞれ製造した。
【００３９】これらのアウターローターに対して、歯形
の外接円の外径が異なるインナーローターを組み合わ
せ、チップクリアランスを一定にして各オイルポンプの
耐久テストを実施した。その結果、アウターローターＡ
は吐出圧力が６１ｋｇ／ｃｍ2に達したところで変形を
生じ、ローターがロックして回転不能になった。アウタ
ーローターＢ及びＣは吐出圧力９０ｋｇ／ｃｍ2で１０
００時間運転しても何ら支障はなかったが、１０００時
間運転時の効率はアウターローターＣの方が１０％程度
高かった。
の外接円の外径が異なるインナーローターを組み合わ
せ、チップクリアランスを一定にして各オイルポンプの
耐久テストを実施した。その結果、アウターローターＡ
は吐出圧力が６１ｋｇ／ｃｍ2に達したところで変形を
生じ、ローターがロックして回転不能になった。アウタ
ーローターＢ及びＣは吐出圧力９０ｋｇ／ｃｍ2で１０
００時間運転しても何ら支障はなかったが、１０００時
間運転時の効率はアウターローターＣの方が１０％程度
高かった。
【００４０】又、耐久テスト後の摺動面を評価したとこ
ろ、アウターローターＣの摩耗量が５μｍであったのに
対して、アウターローターＢの摩耗量は１４μｍであ
り、キャビテーション損傷の度合も大きかった。尚、ア
ウターローターＣのサイジング面は、露出している気孔
量が約４％程度と少なく高密度化していた。
ろ、アウターローターＣの摩耗量が５μｍであったのに
対して、アウターローターＢの摩耗量は１４μｍであ
り、キャビテーション損傷の度合も大きかった。尚、ア
ウターローターＣのサイジング面は、露出している気孔
量が約４％程度と少なく高密度化していた。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、熱処理により高強度化
と高硬度化を図ると同時に、サイジング品やコイニング
品又は切削加工品の精度に近い高寸法精度を有する熱処
理鉄系焼結合金部品を提供することができる。しかも、
本発明によれば、従来に比較して、切削等の後加工の必
要がないので機械加工費を低減できるほか、原料の加工
ロスの低減により原材料の歩留りを向上でき、極めて経
済的である。
と高硬度化を図ると同時に、サイジング品やコイニング
品又は切削加工品の精度に近い高寸法精度を有する熱処
理鉄系焼結合金部品を提供することができる。しかも、
本発明によれば、従来に比較して、切削等の後加工の必
要がないので機械加工費を低減できるほか、原料の加工
ロスの低減により原材料の歩留りを向上でき、極めて経
済的である。
【００４２】従って、本発明による熱処理鉄系焼結合金
部品は、通常の鋼材の機械加工品等に代わり得る寸法精
度、性能、経済性等を兼ね備え、例えばオイルポンプの
ローターを製造すれば、歯形の寸法精度改善により吐出
量が増加し、ポンプ効率が向上し且つポンプの騒音を低
下させることが可能となる。又、本発明の熱処理鉄系焼
結合金部品の表面は気孔の潰れた面となっているので、
耐摩耗性が改善されると共に、キャビテーションの発生
も低く抑えられる。
部品は、通常の鋼材の機械加工品等に代わり得る寸法精
度、性能、経済性等を兼ね備え、例えばオイルポンプの
ローターを製造すれば、歯形の寸法精度改善により吐出
量が増加し、ポンプ効率が向上し且つポンプの騒音を低
下させることが可能となる。又、本発明の熱処理鉄系焼
結合金部品の表面は気孔の潰れた面となっているので、
耐摩耗性が改善されると共に、キャビテーションの発生
も低く抑えられる。
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22F 3/24
C21D 1/18
C22C 38/00
Claims (8)
- 【請求項１】 マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）が
５０〜３５０℃の温度域にある鉄系焼結体を、オーステ
ナイト化温度（Ａｅ１点）以上の温度でオーステナイト
化した後、マルテンサイト変態が出現する冷却速度で冷
却して焼入し、その冷却過程で焼入体の温度がＭｓ点以
上且つＡｅ１点以下の温度域に達したとき取り出し、金
型を用いてサイジング又はコイニングを行うと共にマル
テンサイト変態を終了させることを特徴とする熱処理鉄
系焼結合金部品の製造方法。 - 【請求項２】 鉄系焼結体が、マルテンサイト化後に引
張強度が８０ｋｇ／ｍｍ2以上、表面硬度がＨRＡで６０
以上となるものであることを特徴とする、請求項１に記
載の熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法。 - 【請求項３】 鉄系焼結体の気孔率が５〜２０％である
ことを特徴とする、請求項１に記載の熱処理鉄系焼結合
金部品の製造方法。 - 【請求項４】 鉄系焼結体の組成が０.２〜１.６重量％
の炭素と、残部の鉄とからなることを特徴とする、請求
項１に記載の熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法。 - 【請求項５】 鉄系焼結体の組成が０.２〜１.６重量％
の炭素と、８０重量％以上の鉄と、合金元素として８重
量％以下のＭｏ、６重量％以下のＮｉ、それぞれ４重量
％以下のＭｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、それぞれ２重量％以下の
Ｗ、Ｃｏ、それぞれ１重量％以下のＳｉ、Ｖ、Ａｌから
選ばれた少なくとも１種の合金元素とからなり、前記合
金元素について３５０×Ｃ％＋４０×Ｍｎ％＋３５×Ｖ
％＋２０×Ｃｒ％＋１７×Ｎｉ％＋１１×Ｓｉ％＋１０
×Ｃｕ％＋１０×Ｍｏ％＋５×Ｗ％−１５×Ｃｏ％−３
０×Ａｌ％（いずれも重量％）の値が２００〜５００で
あることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理鉄系焼
結合金部品の製造方法。 - 【請求項６】 鉄系焼結体を焼結温度からＭｓ点以下に
冷却させず、そのままＡｅ１点以上の温度でオーステナ
イト化することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理
鉄系焼結合金部品の製造方法。 - 【請求項７】 サイジング又はコイニングの圧力が２〜
１０ｔ／ｃｍ2であることを特徴とする、請求項１に記
載の熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法。 - 【請求項８】 サイジング金型又はコイニング金型を
（Ｍｓ点＋１００）℃以下に加熱することを特徴とす
る、請求項１に記載の熱処理鉄系焼結合金部品の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30758893A JP3517916B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30758893A JP3517916B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07138613A JPH07138613A (ja) | 1995-05-30 |
| JP3517916B2 true JP3517916B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=17970878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30758893A Expired - Lifetime JP3517916B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 熱処理鉄系焼結合金部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3517916B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10321521B3 (de) * | 2003-05-14 | 2004-06-09 | Gkn Sinter Metals Gmbh | Ölpumpe |
| JP4570066B2 (ja) * | 2003-07-22 | 2010-10-27 | 日産自動車株式会社 | サイレントチェーン用焼結スプロケットの製造方法 |
| JP2006219706A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Sumitomo Denko Shoketsu Gokin Kk | 熱処理鉄系焼結部品およびその製造方法 |
| JP6381036B2 (ja) * | 2015-02-03 | 2018-08-29 | 住友電工焼結合金株式会社 | 温間サイジング設備および温間サイジング方法 |
| CN109175370B (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-12 | 河北工业大学 | 一种具有磁场调控马氏体相变的复合材料的制备方法 |
| CN109277561B (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-12 | 河北工业大学 | 一种具有调控马氏体相变行为的复合材料的制备方法 |
| KR102586490B1 (ko) | 2021-08-13 | 2023-10-06 | 현대자동차주식회사 | 아우터링 및 아우터링을 제조하는 방법 |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP30758893A patent/JP3517916B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07138613A (ja) | 1995-05-30 |
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