JP5012645B2 - 高密度鉄基粉末成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
これら鉄基粉末成形体は、さらに焼結処理を施され焼結体とされ、さらに必要に応じてサイジングや切削加工が施され、粉末冶金製品とされる。また、さらに高強度が必要な場合は焼結後に浸炭熱処理や光輝熱処理を施されることもある。
粉末冶金製品(焼結部品)の高強度化に対しては、成形体の高密度化による焼結部品の高密度化が有効である。焼結部品の密度が高いほど、部品中の空孔が減少し、引張強さ、衝撃値や疲労強度などの機械的特性が向上する。
また、例えば、特許文献1,特許文献2,特許文献3,特許文献4には、金属粉末を加熱しつつ成形する温間成形技術が開示されている。この温間成形技術は、温間成形時に潤滑剤の一部または全部を溶融させて粉末粒子間に潤滑剤を均一に分散させ、粒子間および成形体と金型の間の摩擦抵抗を下げ成形性を向上させようとするものであり、上記した高密度成形体の製造方法のなかではコスト的には最も有利であると考えられている。この温間成形技術によれば、Fe-4Ni-0.5Mo-1.5Cu系の部分合金化鉄粉に0.5質量%の黒鉛,0.6質量%の潤滑剤を配合した鉄基粉末混合粉を130℃で7t/cm2(686MPa)の圧力で成形した場合、7.30Mg/m3程度の成形体が得られる。
さらに、これらの温間成形技術では、粒子間および成形体と金型の間の摩擦抵抗を下げ成形性を向上させる目的で、鉄基粉末混合粉中に潤滑剤を含有させるが、潤滑剤は、温間成形時にその一部又は全部が溶融して成形体表面付近に押し出され、その後の焼結処理により、加熱分解あるいは蒸発して成形体から逸散し、焼結体表面付近に粗大な空孔を形成する。そのため、焼結体の機械的強度を低下させるという問題があった。
このようなことから、依然として、室温での一回成形によって高密度成形体が得られる、常温成形技術に対する要望も強い。このような常温成形技術として、金型潤滑を利用した成形技術が試行されている(例えば、W.G. Ball et al.:The International Journal of Powder Metallurgy, APMI International,vol.33,No.1,1997,pp.23-30参照)。しかしながら、現状の金型潤滑装置を用いて、市販の金型潤滑用潤滑剤を金型に塗布した場合、室温においても金型表面(壁面)への潤滑剤の再現性の良い均一分散付着が困難であり、この技術は工業的に実用化されるまでに至っていない。
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、例えば、Fe-4Ni-0.5Mo-1.5Cu組成の部分合金化鉄粉に0.5質量%の黒鉛粉を混合した鉄基粉末混合粉を、130℃で7t/cm2(686MPa)の圧力で温間加圧成形した場合には7.40Mg/m3以上の、高密度の成形体を1回の成形で得ることができる、高密度鉄基粉末成形体の製造方法を提案することを目的とする。
A群:金属石鹸に分類される物質のうちの1種または2種以上
B群:ポリエチレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
C群:アミド系ワックスに分類される物質のうちの1種または2種以上
D群:ポリアミドに分類される物質のうちの1種または2種以上
E群:ポリプロピレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
F群:アクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または2
種以上
G群:メタクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または
2種以上
H群:フッ素樹脂に分類される物質のうちの1種または2種以上
I群:層状潤滑剤に分類される物質のうちの1種または2種以上
うちの1群または2群以上から選ばれた2種以上の潤滑剤であることが好ましい。
本発明では、成形に用いる金型は、予め所定の温度に予熱されて使用される。金型の予熱温度は、鉄基粉末混合粉が所定の加圧成形の温度に保持できる温度であればよく、とくに限定する必要はないが、所定の加圧成形の温度より20〜60℃高い温度とする。
加圧成形の温度より高い融点を有する潤滑剤(固体粉末)としては、次A〜I群
A群:金属石鹸に分類される物質のうちの1種または2種以上
B群:ポリエチレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
C群:アミド系ワックスに分類される物質のうちの1種または2種以上
D群:ポリアミドに分類される物質のうちの1種または2種以上
E群:ポリプロピレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
F群:アクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または2 種以上
G群:メタクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または 2種以上
H群:フッ素樹脂に分類される物質のうちの1種または2種以上
I群:層状潤滑剤に分類される物質のうちの1種または2種以上
のうちの1群または2群以上から選ばれた2種以上の粉末状の物質とすることが好ましい。これら2種以上の潤滑剤(粉末)を混合し混合物として、金型潤滑用潤滑剤として使用する。
A群:金属石鹸として分類される物質としては、ステアリン酸リチウム,ラウリン酸リチウム,ヒドロキシステアリン酸リチウム,ステアリン酸カルシウム等が例示される。なお、本発明ではこれに限定されるものではないことはいうまでもない。
C群:アミド系ワックスとして分類される物質としては、ステアリン酸アミド(融点103℃),エチレンビスステアロアミド(融点148℃)、さらにアルキル鎖の長いエチレンビスアルキルアミド(たとえば、共栄社化学製:ライトアミドWH215(融点215℃),共栄社化学製:ライトアミドWH255(融点255℃))等が例示される。なお、本発明ではこれに限定されるものではないことはいうまでもない。
また、E群:ポリプロピレンとして分類される物質としては、分子量の異なるポリプロピレンがいずれも好適に例示されるが、分子量5000〜10万の粉末状のポリプロピレンが好ましい。
G群:メタクリル酸エステル重合体として分類される物質としては、同種のモノマーのみの重合体としても、また複数種のモノマーの共重合体としてもいずれでもよく、ポリメチルメタクリレート,ポリエチルメタクリレート等が例示できる。なお、本発明ではこれに限定されるものではないことはいうまでもない。
金型潤滑用潤滑剤を帯電付着された金型に、ついで、鉄基粉末混合粉を装入し、加圧成形し、鉄基粉末成形体とする。なお、金型を予熱する場合には、鉄基粉末混合粉を、200℃以下、好ましくは70℃以上の温度に加熱する。加熱温度が200℃を超えると、実質的に密度の増加はなく、鉄粉の酸化の懸念が生じるため、鉄基粉末混合粉の加熱温度は、200℃以下とする。
本発明における鉄基粉末は、アトマイズ鉄粉または還元鉄粉などの純鉄粉、または部分合金化鋼粉、完全合金化鋼粉、またはこれらの混合粉が好ましい。
また、鉄基粉末と粉末成形用潤滑剤あるいはさらに合金用粉末との混合方法は、とくに限定する必要はなく、通常公知の混合方法がいずれも好適に利用できる。なかでも、鉄基粉末に合金用粉末を混合する場合には、含有粉末の偏析を避けるため、鉄基粉末,合金用粉末に粉末成形用潤滑剤の1部を加えて1次混合したのち、さらに前記粉末成形用潤滑剤のうち少なくとも1種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ撹拌して、前記粉末成形用潤滑剤のうち少なくとも1種の潤滑剤を溶融し、溶融後の混合物を撹拌しながら冷却し、前記鉄基粉末表面に溶融した潤滑剤を固着させることによって前記合金用粉末を付着させた後、粉末成形用潤滑剤の残部を加えて2次混合する混合方法が好ましい。
鉄基粉末混合物に含まれる粉末成形用潤滑剤のうち、所定の加圧成形の温度より高い融点をもつ潤滑剤としては、金属石鹸,熱可塑性樹脂,熱可塑性エラストマー,層状の結晶構造を有する無機または有機潤滑剤のうちから選ばれた1種または2種以上とするのが好ましい。所定の加圧成形の温度に応じ、下記した潤滑剤から適宜選択できる。
金属石鹸としては、ステアリン酸亜鉛,ステアリン酸カルシウム等が好ましい。また、アミド系ワックスとしては、エチレンビスステアロアミド,ステアリン酸モノアミド等が好適である。共溶融物としては、オレイン酸とステアリン酸亜鉛の共溶融物,エチレンビスステアロアミドとポリエチレンの共溶融物,エチレンビスステアロアミドとステアリン酸アミドとの共溶融物,エチレンビスステアロアミドとステアリン酸亜鉛の共溶融物,エチレンビスステアロアミドとステアリン酸カルシウムの共溶融物,ステアリン酸カルシウムとステアリン酸リチウムとの共溶融物等が好適である。また、成形温度によっては、これらの潤滑剤の一部を加圧成形温度より高い融点をもつ潤滑剤として使用することもできる。
上記のようにして得られた成形体は、焼結処理、必要に応じてさらに、浸炭熱処理,光輝熱処理等が施されて、粉末冶金製品として使用することができる。
成形後、成形体を抜き出す時の抜出し力を測定した。
また、これら成形体について、アルキメデス法で密度を測定した。なお、アルキメデス法とは、被測定物である成形体を水中に浸漬して体積を測定することにより密度を測定する方法である。
また、これら成形体を中央部で切断し、樹脂に埋め込んで研磨し、断面における空孔の有無を光学顕微鏡で観察した。
抜出し力、成形体密度、成形体の外観および成形体断面の性状についての結果を表1〜3に示す。
金型潤滑を施さない従来例(成形体No.28,No.32)は、著しく抜出力が増大し、成形体密度が低下し、成形体表面に疵が認められた。
また、温間成形においては、金型潤滑剤の少なくとも1種の融点が、加圧成形温度以下の場合(成形体No.29)、あるいは、金型潤滑剤が、加圧成形温度よりも高い融点を持つ1種のみである場合(成形体No.30,No.33)あるいは、加圧成形温度よりも低い融点を持つ1種のみである場合(成形体No.31)は、成形体密度が低く、抜出し力が高くなる。
Claims (2)
- 金型に、鉄基粉末混合粉を充填したのち、所定の温度で加圧成形する鉄基粉末成形体の製造方法において、前記金型を、表面に金型潤滑用潤滑剤が付着量0.5〜10mg/cm 2 で帯電付着した金型とし、前記金型潤滑用潤滑剤として、前記所定の加圧成形の温度より高い融点を有する2種以上の潤滑剤の90%以上が粒径50μm以下である混合粉(但し、ステアリン酸リチウムとエチレンビスステアロアミドとの混合粉である場合を除く)を用い、90〜260℃に予熱した前記金型に、70〜200℃に予熱した前記鉄基粉末混合物を充填した後、70〜200℃で加圧成形することを特徴とする高密度鉄基粉末成形体の製造方法。
- 前記所定の加圧成形の温度より高い融点を有する2種以上の潤滑剤が、下記A〜I群のうちの1群または2群以上から選ばれた2種以上の物質であることを特徴とする請求項1に記載の高密度鉄基粉末成形体の製造方法。
記
A群:金属石鹸に分類される物質のうちの1種または2種以上
B群:ポリエチレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
C群:アミド系ワックスに分類される物質のうちの1種または2種以上
D群:ポリアミドに分類される物質のうちの1種または2種以上
E群:ポリプロピレンに分類される物質のうちの1種または2種以上
F群:アクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または2
種以上
G群:メタクリル酸エステル重合体に分類される物質のうちの1種または
2種以上
H群:フッ素樹脂に分類される物質のうちの1種または2種以上
I群:層状潤滑剤に分類される物質のうちの1種または2種以上
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