JP3537126B2 - 快削性鉄系焼結合金およびその製造方法 - Google Patents
快削性鉄系焼結合金およびその製造方法Info
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- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、快削性鉄系焼結合
金およびその製造方法に係り、特に、鉄系材料の混合粉
末に硼素化合物粉末を添加して焼結することにより、被
削性を改善する技術に関する。
金およびその製造方法に係り、特に、鉄系材料の混合粉
末に硼素化合物粉末を添加して焼結することにより、被
削性を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄系の焼結合金は、ニアネットシェイプ
に製造できるため、加工に要する製造コストを削減で
き、しかも比重の大きく異なる元素や固溶しにくい異種
合金を分散させること等が可能でり耐摩耗性などの特性
を付与することができるため、種々の技術分野で多用さ
れている。たとえば、自動車や自動二輪車等の機械部品
には、複雑な形状であっても機械加工をかなり省略する
ことが可能であることから、鉄系焼結合金製の機械部品
が動弁系や軸受など多岐にわたって応用されている。し
かしながら、そのような鉄系焼結合金製の機械部品であ
っても、多くのものは機械加工を施す必要があるため、
被削性が悪いことが欠点となっている。
に製造できるため、加工に要する製造コストを削減で
き、しかも比重の大きく異なる元素や固溶しにくい異種
合金を分散させること等が可能でり耐摩耗性などの特性
を付与することができるため、種々の技術分野で多用さ
れている。たとえば、自動車や自動二輪車等の機械部品
には、複雑な形状であっても機械加工をかなり省略する
ことが可能であることから、鉄系焼結合金製の機械部品
が動弁系や軸受など多岐にわたって応用されている。し
かしながら、そのような鉄系焼結合金製の機械部品であ
っても、多くのものは機械加工を施す必要があるため、
被削性が悪いことが欠点となっている。
【０００３】鉄系焼結合金の被削性を改善するために、
従来、原料粉として硫黄を含有する鉄粉を使用したり、
硫化物を原料粉に添加、混合する方法や、焼結体を硫化
水素ガス雰囲気で硫化処理する方法などが採用されてい
る。しかしながら、改削成分である硫黄を焼結合金の基
地中に分散させる方法では、被削性の改善には限界があ
る。また、硫黄は、焼結合金の強度を低下させる元素で
あり、特に、靭性を低下させる原因になるとともに、焼
結合金の腐食を促進する恐れもあるので用途に制限があ
る。
従来、原料粉として硫黄を含有する鉄粉を使用したり、
硫化物を原料粉に添加、混合する方法や、焼結体を硫化
水素ガス雰囲気で硫化処理する方法などが採用されてい
る。しかしながら、改削成分である硫黄を焼結合金の基
地中に分散させる方法では、被削性の改善には限界があ
る。また、硫黄は、焼結合金の強度を低下させる元素で
あり、特に、靭性を低下させる原因になるとともに、焼
結合金の腐食を促進する恐れもあるので用途に制限があ
る。
【０００４】また、焼結合金の気孔中に樹脂などを充填
する技術も提供されている。このような焼結合金では、
切削加工中に気孔中の樹脂がチップブレーキングの起点
となるため、切屑の分断性が良好である。しかしなが
ら、このような方法では、使用する樹脂の種類によって
はバイト等の切削工具の寿命を短くするものがあり、し
かも、焼結合金の用途によっては、切削加工後に気孔か
ら樹脂を抜き取る必要が生じる場合があるという欠点が
ある。
する技術も提供されている。このような焼結合金では、
切削加工中に気孔中の樹脂がチップブレーキングの起点
となるため、切屑の分断性が良好である。しかしなが
ら、このような方法では、使用する樹脂の種類によって
はバイト等の切削工具の寿命を短くするものがあり、し
かも、焼結合金の用途によっては、切削加工後に気孔か
ら樹脂を抜き取る必要が生じる場合があるという欠点が
ある。
【０００５】そこで、本出願人は、特開平９−２４１７
０１号公報において、炭素を含む鉄系材料の混合粉末
に、硼素化合物粉末を添加して焼結する鉄系焼結合金の
改質方法を提案した。この提案に係る技術によれば、基
地中への炭素の拡散が硼素によって抑制され、鉄系焼結
合金の硬さを低下させて被削性を向上させることができ
る。
０１号公報において、炭素を含む鉄系材料の混合粉末
に、硼素化合物粉末を添加して焼結する鉄系焼結合金の
改質方法を提案した。この提案に係る技術によれば、基
地中への炭素の拡散が硼素によって抑制され、鉄系焼結
合金の硬さを低下させて被削性を向上させることができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の自動
車合金の高性能化の要請に伴い、更なる被削性の改善が
が要求されるようになってきた。よって、本発明は、上
記した先の提案に係る鉄系焼結合金をさらに改良した快
削性鉄系焼結合金とその製造方法を提供することを目的
としている。
車合金の高性能化の要請に伴い、更なる被削性の改善が
が要求されるようになってきた。よって、本発明は、上
記した先の提案に係る鉄系焼結合金をさらに改良した快
削性鉄系焼結合金とその製造方法を提供することを目的
としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一般に、鉄系焼結部品の
炭素含有量が増えると材料が硬くなり、それに伴って被
削性が低下することが知られている。ところが、本発明
者の検討によれば、鉄系焼結部品の基地が純鉄に近くて
硬さがあまりに低いと、逆に切削工具の摩耗が増加する
という知見を得た。図１は、Ｃ量を変えることで作製し
た、種々の硬さを有する４種類（Ａ〜Ｄ）のＦｅ−１．
５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品と、前述の特開平９−１５７７０
６号公報に開示された手法により被削性を改善したＦｅ
−１．５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品（Ｅ）を切削加工した場合
の切削工具の摩耗量を示す線図である。従来、硬さが最
も低い部品Ａの被削性が最も優れており、工具摩耗量が
最も少ないと予想していたが、実際は、図１から判るよ
うに、部品の表層部の硬さがＨｖ１１０〜１２０（ｌｏ
ａｄ荷重＝１００ｇｆ）である最も軟質な部品Ａの摩耗
量が最も多く、硬さがＨｖ２００〜２３０の部品Ｃで最
小となっている。そして、硬さがＨｖ１５０〜２５０で
あれば、切削工具の摩耗量が部品Ａの摩耗量に対して大
幅に低減されることが判る。これは、鉄系焼結部品の基
地であるフェライトは粘性が高いため、切削加工の際に
刃先に凝着摩耗が発生するためと考えられる。また、図
１より、特開平９−１５７７０６号公報に開示された手
法により被削性を改善したものは、最も摩耗量が少な
く、被削性改善の効果が顕著に表れているが、基地硬さ
を高めて、凝着摩耗の発生を抑制することによって、更
なる被削性改善の余地が存在することが考えられる。そ
こで、本発明者は、フェライトを合金化して硬さを高め
たところ、所定の範囲の硬さのときに切削工具の摩耗が
著しく低減されることを見出した。
炭素含有量が増えると材料が硬くなり、それに伴って被
削性が低下することが知られている。ところが、本発明
者の検討によれば、鉄系焼結部品の基地が純鉄に近くて
硬さがあまりに低いと、逆に切削工具の摩耗が増加する
という知見を得た。図１は、Ｃ量を変えることで作製し
た、種々の硬さを有する４種類（Ａ〜Ｄ）のＦｅ−１．
５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品と、前述の特開平９−１５７７０
６号公報に開示された手法により被削性を改善したＦｅ
−１．５Ｃｕ−Ｃ系焼結部品（Ｅ）を切削加工した場合
の切削工具の摩耗量を示す線図である。従来、硬さが最
も低い部品Ａの被削性が最も優れており、工具摩耗量が
最も少ないと予想していたが、実際は、図１から判るよ
うに、部品の表層部の硬さがＨｖ１１０〜１２０（ｌｏ
ａｄ荷重＝１００ｇｆ）である最も軟質な部品Ａの摩耗
量が最も多く、硬さがＨｖ２００〜２３０の部品Ｃで最
小となっている。そして、硬さがＨｖ１５０〜２５０で
あれば、切削工具の摩耗量が部品Ａの摩耗量に対して大
幅に低減されることが判る。これは、鉄系焼結部品の基
地であるフェライトは粘性が高いため、切削加工の際に
刃先に凝着摩耗が発生するためと考えられる。また、図
１より、特開平９−１５７７０６号公報に開示された手
法により被削性を改善したものは、最も摩耗量が少な
く、被削性改善の効果が顕著に表れているが、基地硬さ
を高めて、凝着摩耗の発生を抑制することによって、更
なる被削性改善の余地が存在することが考えられる。そ
こで、本発明者は、フェライトを合金化して硬さを高め
たところ、所定の範囲の硬さのときに切削工具の摩耗が
著しく低減されることを見出した。
【０００８】本発明の快削性鉄系焼結合金は上記知見に
基づいてなされたもので、重量比で、Ｐ：０．１〜１．
０％、Ｂ：０．００３〜０．３１％、Ｏ：０．００７〜
０．６９％、Ｃ：０．６〜２．０％、残部がＦｅおよび
不可避不純物よりなる全体組成を有し、基地硬さがＨｖ
１５０〜２５０であるとともに遊離黒鉛が分散している
ことを特徴としている。なお、ここでＨｖとは、１００
ｇｆの荷重をかけた場合のヴィッカース硬さのことを指
す。
基づいてなされたもので、重量比で、Ｐ：０．１〜１．
０％、Ｂ：０．００３〜０．３１％、Ｏ：０．００７〜
０．６９％、Ｃ：０．６〜２．０％、残部がＦｅおよび
不可避不純物よりなる全体組成を有し、基地硬さがＨｖ
１５０〜２５０であるとともに遊離黒鉛が分散している
ことを特徴としている。なお、ここでＨｖとは、１００
ｇｆの荷重をかけた場合のヴィッカース硬さのことを指
す。
【０００９】本発明では、遊離黒鉛を分散させているた
め、これが固体潤滑剤として機能し、被削性を向上させ
る。また、硼素を０．００３重量％以上含有しているた
め、黒鉛がＣとして拡散するのを防止し、基地のパーラ
イト化を防止するとともに遊離黒鉛の残存を確実にす
る。本発明者の検討によれば、硼素により被削性が改善
される理由は次のとおりである。
め、これが固体潤滑剤として機能し、被削性を向上させ
る。また、硼素を０．００３重量％以上含有しているた
め、黒鉛がＣとして拡散するのを防止し、基地のパーラ
イト化を防止するとともに遊離黒鉛の残存を確実にす
る。本発明者の検討によれば、硼素により被削性が改善
される理由は次のとおりである。
【００１０】すなわち、混合粉末に添加された硼素の化
合物（例えば酸化硼素（Ｂ２Ｏ３））粉末は、焼結のた
めの昇温で温度がＣの基地への拡散温度より低い５００
℃程度となると溶解し、これが黒鉛粉の表面を覆う。こ
れにより、黒鉛粉のＣがフェライト基地に拡散してパー
ライトを生成することができず遊離黒鉛として残留し、
これが固体潤滑剤として機能し被削性を著しく改善す
る。特に、本発明では、ＰおよびＳｉを含有させること
により、基地硬さを上記のように設定しているため、更
なる被削性の改善を達成している。
合物（例えば酸化硼素（Ｂ２Ｏ３））粉末は、焼結のた
めの昇温で温度がＣの基地への拡散温度より低い５００
℃程度となると溶解し、これが黒鉛粉の表面を覆う。こ
れにより、黒鉛粉のＣがフェライト基地に拡散してパー
ライトを生成することができず遊離黒鉛として残留し、
これが固体潤滑剤として機能し被削性を著しく改善す
る。特に、本発明では、ＰおよびＳｉを含有させること
により、基地硬さを上記のように設定しているため、更
なる被削性の改善を達成している。
【００１１】Ｐ：Ｐの含有量が０．１重量％未満である
と、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、基地の
硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｐの含有量が１．０重量％を上回ると、焼結中での
Ｆｅ−Ｐ液相の発生量が多くなり、焼結中の圧粉体の型
くずれが生じ易くなる。よって、Ｐの含有量は０．１〜
１．０重量％とした。なお、Ｐは単味粉の形態で添加す
ることも可能であるが、毒性が強いため、Ｆｅ−Ｐ合金
粉の形態で添加することが望ましい。
と、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、基地の
硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｐの含有量が１．０重量％を上回ると、焼結中での
Ｆｅ−Ｐ液相の発生量が多くなり、焼結中の圧粉体の型
くずれが生じ易くなる。よって、Ｐの含有量は０．１〜
１．０重量％とした。なお、Ｐは単味粉の形態で添加す
ることも可能であるが、毒性が強いため、Ｆｅ−Ｐ合金
粉の形態で添加することが望ましい。
【００１２】Ｓｉ：Ｓｉは単味粉の形態で添加する方が
早く基地中に拡散するが、純Ｓｉは高価であるため、工
業的にはＦｅ−Ｓｉ合金粉の形態で添加する方が経済的
であり望ましい。Ｓｉの含有量が２．０重量％未満であ
ると、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、基地
の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回ると、Ｆｅ−Ｓ
ｉ合金粉末が硬くなって成形時の圧縮性が低下する。そ
の結果、成形体に必要な密度が得られず強度が低下す
る。よって、Ｓｉの含有量は２．０〜３．０重量％とし
た。
早く基地中に拡散するが、純Ｓｉは高価であるため、工
業的にはＦｅ−Ｓｉ合金粉の形態で添加する方が経済的
であり望ましい。Ｓｉの含有量が２．０重量％未満であ
ると、フェライト強化の作用が乏しく、その結果、基地
の硬さが得られずに被削性の改善効果が乏しくなる。一
方、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回ると、Ｆｅ−Ｓ
ｉ合金粉末が硬くなって成形時の圧縮性が低下する。そ
の結果、成形体に必要な密度が得られず強度が低下す
る。よって、Ｓｉの含有量は２．０〜３．０重量％とし
た。
【００１３】Ｃ：Ｃは黒鉛粉末の形態で添加されるが、
その添加量（つまりＣの含有量）が０．６重量％未満で
あると、基地中に拡散する炭素の量があまりにも少な
く、所望の強度が得られないばかりでなく、未拡散の遊
離黒鉛の量が少なくて被削性改善の効果が得られなくな
る。一方、黒鉛粉末の添加量が２．０重量％を上回る
と、Ｃ拡散抑制の取りこぼしが多く生じてパーライトが
生じるようになる。
その添加量（つまりＣの含有量）が０．６重量％未満で
あると、基地中に拡散する炭素の量があまりにも少な
く、所望の強度が得られないばかりでなく、未拡散の遊
離黒鉛の量が少なくて被削性改善の効果が得られなくな
る。一方、黒鉛粉末の添加量が２．０重量％を上回る
と、Ｃ拡散抑制の取りこぼしが多く生じてパーライトが
生じるようになる。
【００１４】Ｂ，Ｏ：ＢおよびＯは酸化硼素粉末の形態
で添加することにより主として含有される。Ｂ：０．０
０３〜０．３１重量％、Ｏ：０．００７〜０．６９重量
％はＢ ２Ｏ３として０．０１〜１．０重量％であり、各
々の下限を下回ると焼結時に黒鉛粉からのＣの拡散を抑
制できず、上限を上回るとそれ以上のＣの拡散抑制の効
果が期待できないばかりでなく、酸化硼素が基地中に多
く残存して材料強度を低下させる。
で添加することにより主として含有される。Ｂ：０．０
０３〜０．３１重量％、Ｏ：０．００７〜０．６９重量
％はＢ ２Ｏ３として０．０１〜１．０重量％であり、各
々の下限を下回ると焼結時に黒鉛粉からのＣの拡散を抑
制できず、上限を上回るとそれ以上のＣの拡散抑制の効
果が期待できないばかりでなく、酸化硼素が基地中に多
く残存して材料強度を低下させる。
【００１５】また、本発明材にＣｕを含有させること
で、被削性を維持したまま強度の向上を図ることが可能
である。その場合のＣｕの含有量は１．０〜５．０重量
％が好適である。Ｃｕも基地中に拡散して強化するが、
Ｃｕの含有量が１．０重量％未満ではその効果が乏し
い。一方、Ｃｕを５．０重量を超えて含有すると、軟質
なＣｕ相が生じて強度が低下するとともに、焼結時にＣ
ｕ液相の発生による寸法収縮、および液相発生によりＦ
ｅ基地へ容易に拡散したＣｕによるＣｕ膨張現象により
製品の各部でミクロ的な収縮と膨張が生じ、結果として
製品全体の寸法変化のばらつきが大きく、寸法精度が悪
くなる。なお、Ｃｕは単味粉の形態で添加され、Ｃｕ粉
末および黒鉛粉末の平均粒径は、通常に用いられる範囲
の１〜１０μｍである。
で、被削性を維持したまま強度の向上を図ることが可能
である。その場合のＣｕの含有量は１．０〜５．０重量
％が好適である。Ｃｕも基地中に拡散して強化するが、
Ｃｕの含有量が１．０重量％未満ではその効果が乏し
い。一方、Ｃｕを５．０重量を超えて含有すると、軟質
なＣｕ相が生じて強度が低下するとともに、焼結時にＣ
ｕ液相の発生による寸法収縮、および液相発生によりＦ
ｅ基地へ容易に拡散したＣｕによるＣｕ膨張現象により
製品の各部でミクロ的な収縮と膨張が生じ、結果として
製品全体の寸法変化のばらつきが大きく、寸法精度が悪
くなる。なお、Ｃｕは単味粉の形態で添加され、Ｃｕ粉
末および黒鉛粉末の平均粒径は、通常に用いられる範囲
の１〜１０μｍである。
【００１６】上記快削性鉄系焼結合金には、さらに、Ｂ
Ｎを０．０６〜２．２５重量％基地中に分散させること
で被削性の一層の向上を図ることが可能である。ＢＮは
チップブレーキング効果と固体潤滑効果を有するので、
被削性をさらに向上させることができる。ＢＮ量が０．
０６重量％に満たないと上記効果が乏しく、２．２５重
量％を超えると、基地の強度が低下する。
Ｎを０．０６〜２．２５重量％基地中に分散させること
で被削性の一層の向上を図ることが可能である。ＢＮは
チップブレーキング効果と固体潤滑効果を有するので、
被削性をさらに向上させることができる。ＢＮ量が０．
０６重量％に満たないと上記効果が乏しく、２．２５重
量％を超えると、基地の強度が低下する。
【００１７】上記のような快削性鉄系焼結合金は、重量
比で、Ｐ：０．１〜１．０％、Ｓｉ：２．０〜３．０％
の少なくとも１種と、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなる組成を有する鉄系粉末と、黒鉛粉末：０．１〜
２．０％および酸化硼素粉末：０．０１〜１．０％とを
混合粉末全体の重量比で添加することにより製造するこ
とができる。酸化硼素粉末を０．１重量％以上添加する
のは、それよりも少ないと焼結時に黒鉛粉からのＣの拡
散を抑制することができず、パーライト化が進んでしま
うからである。また、１．０重量％を超えて添加しても
これ以上のＣの拡散抑制効果が期待できないばかりでな
く、酸化硼素が基地中に多く残存して材料強度を低下さ
せる。
比で、Ｐ：０．１〜１．０％、Ｓｉ：２．０〜３．０％
の少なくとも１種と、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなる組成を有する鉄系粉末と、黒鉛粉末：０．１〜
２．０％および酸化硼素粉末：０．０１〜１．０％とを
混合粉末全体の重量比で添加することにより製造するこ
とができる。酸化硼素粉末を０．１重量％以上添加する
のは、それよりも少ないと焼結時に黒鉛粉からのＣの拡
散を抑制することができず、パーライト化が進んでしま
うからである。また、１．０重量％を超えて添加しても
これ以上のＣの拡散抑制効果が期待できないばかりでな
く、酸化硼素が基地中に多く残存して材料強度を低下さ
せる。
【００１８】酸化硼素の添加方法としては、酸化硼素を
単味で添加する方法と窒化硼素を添加する方法があり、
窒化硼素を添加することにより、基地中にＢＮを分散さ
せることができる。窒化硼素の市販粉末は、その製造方
法に起因して生じる残留物として酸化硼素を含有してお
り、この酸化硼素を５重量％以下に低減させた窒化硼素
の市販粉末が粉末冶金用として使用されていた。ところ
が、この窒化硼素の市販粉末は、純度が高いために高価
であるという欠点がある。そこで、本発明者は、窒化硼
素に含まれる酸化硼素の量を調査したところ、酸化硼素
の量が１０〜４０重量％である窒化硼素の市販粉末は比
較的安価であり、この粉末を酸化硼素粉末に換えて０．
１〜２．５重量％添加することにより、黒鉛の拡散が抑
制されパーライトの生成が抑制されることを見出した。
単味で添加する方法と窒化硼素を添加する方法があり、
窒化硼素を添加することにより、基地中にＢＮを分散さ
せることができる。窒化硼素の市販粉末は、その製造方
法に起因して生じる残留物として酸化硼素を含有してお
り、この酸化硼素を５重量％以下に低減させた窒化硼素
の市販粉末が粉末冶金用として使用されていた。ところ
が、この窒化硼素の市販粉末は、純度が高いために高価
であるという欠点がある。そこで、本発明者は、窒化硼
素に含まれる酸化硼素の量を調査したところ、酸化硼素
の量が１０〜４０重量％である窒化硼素の市販粉末は比
較的安価であり、この粉末を酸化硼素粉末に換えて０．
１〜２．５重量％添加することにより、黒鉛の拡散が抑
制されパーライトの生成が抑制されることを見出した。
【００１９】本発明は、焼結合金の表面に切削加工を施
したり、サイジングを施す必要がある自動車エンジンの
ベアリングキャップ、シンクロナイザーハブ、汎用エン
ジン用の各種ギヤ、ＯＡ機器合金、工作機械合金などに
適用することにより、加工性および工具寿命を向上させ
ることができる。
したり、サイジングを施す必要がある自動車エンジンの
ベアリングキャップ、シンクロナイザーハブ、汎用エン
ジン用の各種ギヤ、ＯＡ機器合金、工作機械合金などに
適用することにより、加工性および工具寿命を向上させ
ることができる。
【００２０】
【実施例】以下、具体的な実施例により本発明をさらに
具体的に説明する。 Ａ．焼結体の作製 表１に示す配合比で原料粉末を用意し、これをＶ型ミキ
サーで３０分間混合した後に、混合粉末を密度６．６ｇ
／ｃｍ３に圧粉成形し、外径３２ｍｍ、内径１５ｍｍ、
高さ１０ｍｍの圧粉体を各５個づつ作製した。次いで、
それぞれの圧粉体を１１３０℃の還元性ガス（分解アン
モニアガス）雰囲気で６０分間加熱して焼結した。
具体的に説明する。 Ａ．焼結体の作製 表１に示す配合比で原料粉末を用意し、これをＶ型ミキ
サーで３０分間混合した後に、混合粉末を密度６．６ｇ
／ｃｍ３に圧粉成形し、外径３２ｍｍ、内径１５ｍｍ、
高さ１０ｍｍの圧粉体を各５個づつ作製した。次いで、
それぞれの圧粉体を１１３０℃の還元性ガス（分解アン
モニアガス）雰囲気で６０分間加熱して焼結した。
【００２１】
【表１】
【００２２】Ｂ．切削試験
各焼結体に対して切削試験を行い、工具刃先の逃げ面摩
耗幅を工具摩耗量として評価した。切削試験は、立方晶
窒化硼素（ＣＢＮ）製のスローアウエイチップを用いて
ＮＣ旋盤で行い、切削速度を１８０ｍｍ／分、送りを
０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、切込量を０．１５ｍｍとし、水
溶性切削油を用いて７０００ｍの距離を切削した。次い
で、焼結体を研磨してランダムにマイクロビッカース硬
さを測定し、その平均値とともに工具摩耗量を表１に併
記した。
耗幅を工具摩耗量として評価した。切削試験は、立方晶
窒化硼素（ＣＢＮ）製のスローアウエイチップを用いて
ＮＣ旋盤で行い、切削速度を１８０ｍｍ／分、送りを
０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、切込量を０．１５ｍｍとし、水
溶性切削油を用いて７０００ｍの距離を切削した。次い
で、焼結体を研磨してランダムにマイクロビッカース硬
さを測定し、その平均値とともに工具摩耗量を表１に併
記した。
【００２３】Ｃ．評価（１）
Ｐ含有量の影響
表１からＰの含有量が互いに異なる試料を抜き出して表
２に記載した。また、表２に記載したＰ含有量と基地硬
さおよび工具摩耗量を図２に示した。図２から判るよう
に、Ｐの含有量が０．１重量％になると基地硬さが大き
く上昇し、Ｐの含有量が増えるに従って硬さが増加して
いる。また、Ｐの含有量が０．１重量％のときに工具摩
耗量が飛躍的に減少していることも判る。さらに、Ｐの
含有量が１．０重量％を超える試料Ｎｏ．６では、焼結
中にＦｅ−Ｐ液相の発生量が多くて型くずれが生じ、焼
結体を形成することができなかった。このように、Ｐの
含有量を０．１〜１．０重量％とした本発明の数値限定
の根拠を確認する結果が得られた。
２に記載した。また、表２に記載したＰ含有量と基地硬
さおよび工具摩耗量を図２に示した。図２から判るよう
に、Ｐの含有量が０．１重量％になると基地硬さが大き
く上昇し、Ｐの含有量が増えるに従って硬さが増加して
いる。また、Ｐの含有量が０．１重量％のときに工具摩
耗量が飛躍的に減少していることも判る。さらに、Ｐの
含有量が１．０重量％を超える試料Ｎｏ．６では、焼結
中にＦｅ−Ｐ液相の発生量が多くて型くずれが生じ、焼
結体を形成することができなかった。このように、Ｐの
含有量を０．１〜１．０重量％とした本発明の数値限定
の根拠を確認する結果が得られた。
【００２４】
【表２】
【００２５】（２）Ｓｉ含有量の影響
表１からＳｉの含有量が互いに異なる試料を抜き出して
表２に併記した。また、表２に記載したＳｉ含有量と基
地硬さおよび工具摩耗量を図３に示した。図３から判る
ように、Ｓｉの含有量が２．０重量％になると基地硬さ
が大きく上昇し、Ｓｉの含有量が増えるに従って硬さが
増加している。また、Ｓｉの含有量が２．０重量％のと
きに工具摩耗量が飛躍的に減少していることも判る。さ
らに、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回る試料Ｎｏ．
１０では、粉末の圧縮性の低下による強度の低下が生じ
ていた。このように、Ｓｉの含有量を２．０〜３．０重
量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する結果が得
られた。
表２に併記した。また、表２に記載したＳｉ含有量と基
地硬さおよび工具摩耗量を図３に示した。図３から判る
ように、Ｓｉの含有量が２．０重量％になると基地硬さ
が大きく上昇し、Ｓｉの含有量が増えるに従って硬さが
増加している。また、Ｓｉの含有量が２．０重量％のと
きに工具摩耗量が飛躍的に減少していることも判る。さ
らに、Ｓｉの含有量が３．０重量％を上回る試料Ｎｏ．
１０では、粉末の圧縮性の低下による強度の低下が生じ
ていた。このように、Ｓｉの含有量を２．０〜３．０重
量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する結果が得
られた。
【００２６】（３）酸化硼素粉末添加量の影響
表１から酸化硼素粉末の添加量が互いに異なる試料を抜
き出して表２に併記した。また、表２に記載した酸化硼
素粉末添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図４に示し
た。図４から判るように、酸化硼素粉末を０．０１重量
％添加することで基地硬さが急激に減少し、それに伴っ
て工具摩耗量も急激に減少している。ただし、酸化硼素
粉末の添加量が１．０重量％を上回る試料１７では、被
削性は良好であるが基地の強度が低下した強度低下が確
認された。このように、酸化硼素粉末の添加量を０．０
１〜１．０重量％とした本発明における数値限定の根拠
を確認する結果が得られた。
き出して表２に併記した。また、表２に記載した酸化硼
素粉末添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図４に示し
た。図４から判るように、酸化硼素粉末を０．０１重量
％添加することで基地硬さが急激に減少し、それに伴っ
て工具摩耗量も急激に減少している。ただし、酸化硼素
粉末の添加量が１．０重量％を上回る試料１７では、被
削性は良好であるが基地の強度が低下した強度低下が確
認された。このように、酸化硼素粉末の添加量を０．０
１〜１．０重量％とした本発明における数値限定の根拠
を確認する結果が得られた。
【００２７】（４）Ｃｕ含有量の影響
表１からＣｕ粉の添加量（Ｃｕの含有量）が互いに異な
る試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載
したＣｕ粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図５に
示した。図５から判るように、Ｃｕ粉の添加による顕著
な基地硬さ、工具摩耗量の変化はないが、Ｃｕ粉の添加
により強度は向上し、添加量の増加にしたがい強度が向
上している。ただし、試料Ｎｏ．２２では、Ｃｕ液相の
発生とＣｕ膨張現象が増加したことにより寸法精度が低
下していた。このように、Ｆｅ−Ｃ系合金（試料Ｎｏ．
１８）においても本発明の効果が確認でき、さらにＣｕ
の含有量を１．０〜５．０重量％の範囲で被削性を低下
させることなく強度の改善が確認され、本発明における
数値限定の根拠を確認する結果が得られた。
る試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載
したＣｕ粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図５に
示した。図５から判るように、Ｃｕ粉の添加による顕著
な基地硬さ、工具摩耗量の変化はないが、Ｃｕ粉の添加
により強度は向上し、添加量の増加にしたがい強度が向
上している。ただし、試料Ｎｏ．２２では、Ｃｕ液相の
発生とＣｕ膨張現象が増加したことにより寸法精度が低
下していた。このように、Ｆｅ−Ｃ系合金（試料Ｎｏ．
１８）においても本発明の効果が確認でき、さらにＣｕ
の含有量を１．０〜５．０重量％の範囲で被削性を低下
させることなく強度の改善が確認され、本発明における
数値限定の根拠を確認する結果が得られた。
【００２８】
【表３】
【００２９】（５）Ｃ含有量の影響
表１から黒鉛粉の添加量（Ｃの含有量）が互いに異なる
試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載し
た黒鉛粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図６に示
した。図６から判るように、黒鉛粉末の添加量が０．６
重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少していること
が判る。また、黒鉛添加量が２．０重量％を上回る試料
Ｎｏ．２８では、パーライトが生成されたために工具摩
耗量が増加した。このように、Ｃの含有量を０．６〜
２．０重量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する
結果が得られた。
試料を抜き出して表３に併記した。また、表３に記載し
た黒鉛粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量を図６に示
した。図６から判るように、黒鉛粉末の添加量が０．６
重量％のときに工具摩耗量が飛躍的に減少していること
が判る。また、黒鉛添加量が２．０重量％を上回る試料
Ｎｏ．２８では、パーライトが生成されたために工具摩
耗量が増加した。このように、Ｃの含有量を０．６〜
２．０重量％とした本発明の数値限定の根拠を確認する
結果が得られた。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
硼素を含有するとともに基地の硬さをＨｖ１５０〜２５
０としているので、黒鉛からのＣの拡散を防止するとと
もに遊離黒鉛として残存させ、ある程度の硬さがありな
がら被削性を飛躍的に向上させることができる。
硼素を含有するとともに基地の硬さをＨｖ１５０〜２５
０としているので、黒鉛からのＣの拡散を防止するとと
もに遊離黒鉛として残存させ、ある程度の硬さがありな
がら被削性を飛躍的に向上させることができる。
【図１】 基地の硬さと工具摩耗量との関係を示す線図
である。
である。
【図２】 Ｐ含有量と基地硬さおよび工具摩耗量との関
係を示す線図である。
係を示す線図である。
【図３】 Ｓｉ含有量と基地硬さおよび工具摩耗量との
関係を示す線図である。
関係を示す線図である。
【図４】 酸化硼素粉末添加量と基地硬さおよび工具摩
耗量との関係を示す線図で
耗量との関係を示す線図で
【図５】 Ｃｕ粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図６】 黒鉛粉添加量と基地硬さおよび工具摩耗量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−241701（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−298607（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−305147（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−126955（ＪＰ，Ａ)
特開2000−144209（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (6)
- 【請求項１】基地硬さがＨｖ１５０〜２５０で、かつ、
全体組成が、重量比で、Ｐ：０．１〜１．０％、Ｂ：
０．００３〜０．３１％、Ｏ：０．００７〜０．６９
％、Ｃ：０．６〜２．０％、残部がＦｅおよび不可避不
純物であって、基地中に遊離黒鉛が分散していることを
特徴とする快削性鉄系焼結合金。 - 【請求項２】Ｃｕを１．０〜５．０重量％さらに含有す
ることを特徴とする請求項１に記載の快削性鉄系焼結合
金。 - 【請求項３】さらにＢＮが０．０６〜２．２５重量％基
地中に分散していることを特徴とする請求項１または２
に記載の快削性鉄系焼結合金。 - 【請求項４】重量比で、Ｐ：０．１〜１．０％、残部が
Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄系粉末
と、黒鉛粉末：０．６〜２．０％および酸化硼素粉末：
０．０１〜１．０％とを混合粉末全体の重量比で添加す
ることを特徴とする快削性鉄系焼結合金の製造方法。 - 【請求項５】前記混合粉末に、Ｃｕ粉末を混合粉末全体
の重量比で１．０〜５．０％添加することを特徴とする
請求項４に記載の快削性鉄系焼結合金の製造方法。 - 【請求項６】前記酸化硼素粉末に換えて、酸化硼素を１
０〜４０重量％含有する窒化硼素粉末を前記混合粉末全
体の重量比で０．１〜２．５％添加することを特徴とす
る請求項４に記載の快削性鉄系焼結合金の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32658098A JP3537126B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結合金およびその製造方法 |
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| DE19954603A DE19954603C2 (de) | 1998-11-17 | 1999-11-12 | Sinterlegierung auf Fe-Basis mit guter Bearbeitbarkeit und Verfahren zur Herstellung derselben |
| GB9926961A GB2343900B (en) | 1998-11-17 | 1999-11-16 | Good machinability fre-based sintered alloy and process of manufacture therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32658098A JP3537126B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結合金およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3537126B2 true JP3537126B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=18189412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32658098A Expired - Fee Related JP3537126B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 快削性鉄系焼結合金およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3537126B2 (ja) |
| DE (1) | DE19954603C2 (ja) |
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| JP4497368B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2010-07-07 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結部材の製造方法およびそれにより得られた鉄系焼結部材 |
| BRPI0803956B1 (pt) | 2008-09-12 | 2018-11-21 | Whirlpool S.A. | composição metalúrgica de materiais particulados e processo de obtenção de produtos sinterizados autolubrificantes |
| US8257462B2 (en) | 2009-10-15 | 2012-09-04 | Federal-Mogul Corporation | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5638672B2 (ja) | 1973-06-11 | 1981-09-08 | ||
| US4032336A (en) * | 1975-01-22 | 1977-06-28 | Allegheny Ludlum Industries, Inc. | Sintered liquid phase stainless steel |
| US4311524A (en) * | 1980-04-03 | 1982-01-19 | Genkin Valery A | Sintered iron-based friction material |
| US4422875A (en) * | 1980-04-25 | 1983-12-27 | Hitachi Powdered Metals Co., Ltd. | Ferro-sintered alloys |
| JPS5996250A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性焼結合金の製造方法 |
| KR910002918B1 (ko) | 1987-03-13 | 1991-05-10 | 미쯔비시마테리알 가부시기가이샤 | Fe계 소결합금제 변속기용 동기링 |
| US4849164A (en) * | 1988-02-29 | 1989-07-18 | General Motors Corporation | Method of producing iron powder article |
| US5338508A (en) * | 1988-07-13 | 1994-08-16 | Kawasaki Steel Corporation | Alloy steel powders for injection molding use, their compounds and a method for making sintered parts from the same |
| US5819154A (en) * | 1995-12-08 | 1998-10-06 | Hitachi Powdered Metal Co., Ltd. | Manufacturing process of sintered iron alloy improved in machinability, mixed powder for manufacturing, modification of iron alloy and iron alloy product |
| GB2307917B (en) | 1995-12-08 | 1999-03-17 | Hitachi Powdered Metals | Manufacturing process of sintered iron alloy improved in machinability,mixed powder for manufacturing modification of iron alloy and iron alloy product |
| JP3413628B2 (ja) * | 1996-03-05 | 2003-06-03 | 日立粉末冶金株式会社 | 黒鉛分散鉄系焼結材料を得るための鉄系粉末混合物 |
| JP3325173B2 (ja) * | 1995-12-08 | 2002-09-17 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結材料の改質方法 |
| JP3862392B2 (ja) * | 1997-02-25 | 2006-12-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 粉末冶金用鉄基混合粉 |
| JP3410326B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2003-05-26 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結合金の製造方法およびこの製造方法により製造された鉄系焼結合金並びにベアリングキャップ |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP32658098A patent/JP3537126B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-04 US US09/434,577 patent/US6228138B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-12 DE DE19954603A patent/DE19954603C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-16 GB GB9926961A patent/GB2343900B/en not_active Expired - Fee Related
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| GB9926961D0 (en) | 2000-01-12 |
| DE19954603C2 (de) | 2003-03-27 |
| GB2343900A (en) | 2000-05-24 |
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