JP5177787B2

JP5177787B2 - Ｆｅ基焼結合金の製造方法とそのＦｅ基焼結合金

Info

Publication number: JP5177787B2
Application number: JP2007023451A
Authority: JP
Inventors: 欣也川瀬
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008189954A

Description

本発明は、基部とこれより広い拡大部とを備えたＦｅ基焼結合金の製造方法とそのＦｅ基焼結合金に関する。

この種の焼結合金の製造方法においては、例えば、金属を主成分とする原料粉末を成形用金型のキャビティに供給し（粉末供給工程）、キャビティに供給された原料粉末を圧縮して圧粉体である成形体を成形し（粉末成形工程）た後、この成形体を焼結炉で加熱して焼結する（焼結工程）ことが行われる。

前記キャビティの形状に対応して各種の形状の圧粉体を成形することができ、複数のパンチを用いて、基部とこの基部より広い拡大部とを備えた圧粉体を成形することができる。

そして、それら基部101と拡大部102として、図８に示すように、ボス部とギヤ部（例えば特許文献１）や、ヘリカルギヤ部とフランジ部（例えば特許文献２）や、第１のヘリカルギギアと第２のヘリカルギギア（例えば、特許文献３）や、径小筒部と径大筒部など各種のものがある。
特開平５−３０２１０２号公報特開平７−７０６１２号公報特開平１０−１５６５９０号公報

上記のように基部101と拡大部102とを備えた圧粉体の成形においては、軸方向両側から原料粉末を加圧する方法を用いるから、複数のパンチを用いても、短い拡大部102に比べて、該拡大部102に連続する基部101側には加圧力が加わり難く、圧粉体の状態で基部101側の中央側101Ａの密度が低くなり、結果、圧粉体を焼結した焼結合金の基部101の密度が低下し、全体の密度が不均一になり易い、という問題があった。

そこで、本発明は、基部とこれより広い拡大部とを有する焼結合金において、密度の均一化を図ることができるＦｅ基焼結合金の製造方法とそのＦｅ基焼結合金を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、軸方向一側の基部と軸方向他側に設けられ前記基部より広い拡大部と、それら基部と拡大部に連続して貫通する貫通孔と、を備え、全体の長さが前記拡大部の長さの２〜５倍であるＦｅ基焼結合金の製造方法において、前記Ｆｅ基焼結合金は、全体の長さが前記貫通孔の直径の１．５〜８倍であり、前記拡大部の直径は、基部の直径に拡大部の長さの２倍を加えた寸法以上であり、３〜８重量％のＣｕと０．０８〜１．６重量％のＭｎを含有した鉄系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を軸方向から加圧して圧粉体を成形し、前記基部を下に位置した状態で、前記圧粉体を焼結するＦｅ基焼結合金の製造方法である。

また、請求項２の発明は、請求項１記載のＦｅ基焼結合金の製造方法により製造され、前記拡大部より前記基部のＣｕ含有率が高いＦｅ基焼結合金である。

請求項１の構成によれば、圧粉体を成形した状態で、拡大部より基部の密度が低くても、焼結時にＣｕが溶けて基部側に移動して基部の密度が上昇し、均一な密度を備えたＦｅ基焼結合金となる。すなわち、密度の高い部分から低い部分に押し流されることにより、Ｃｕが移動する。

そして、原料粉末におけるＣｕの割合が３重量％未満では、密度の均一化効果が発揮できず、一方、８重量％を超えると、寸法精度が低下するため、上記の範囲が有効であることを見出した。

また、全長から拡大部の長さを引いた長さが基部の長さであり、基部の長さが拡大部の１倍未満では、圧粉体の圧縮成形時に基部と拡大部とで密度差の問題はほとんど生じず、一方、全体の長さが拡大部の５倍を越えると、拡大部から基部の中央側が離れるため、Ｃｕの移動による密度均一化効果が得られにくいため、上記の範囲が有効であることを見出した。

さらに、全体の長さが貫通孔直径の１．５倍未満では密度差の問題が生じず、一方、８倍を越えるとＣｕの移動による密度均一化効果が得られ難いため、上記の範囲が有効であることを見出した。

また、Ｍｎを含むことにより、Ｃｕの融点が下がり焼結時に密度の低い基部にＣｕ合金が移動し易くなる。そして、Ｍｎの割合が０．０８％未満では融点の降下が発揮できず、一方、１．６％を超えると、靭性が低下するため、上記の範囲が有効であることを見出した。

さらに、焼結時に、拡大部の体積を小さくすることができ、拡大部から基部に移動するＣｕの量も少なくすることができる。

また、基部を下にした状態で、焼結を行うことにより、基部の密度が上がり、焼結合金の密度均一化を図ることができる。

請求項２の構成によれば、圧粉体を成形した状態で、拡大部より基部の密度が低くても、拡大部より基部のＣｕ含有率が高い分だけ、基部の密度が上がり、均一な密度を備えたＦｅ基焼結合金となる。

また、Ｍｎを含むことにより、Ｃｕの融点が下がり、移動し易くなり、密度の低い基部にＣｕ合金が移動し易くなる。そして、Ｍｎの割合が０．０８％未満では融点の降下が発揮できず、一方、１．６％を超えると、靭性が低下するため、上記の範囲が有効であることを見出した。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規なＦｅ基焼結合金の製造方法を採用することにより、従来にないＦｅ基焼結合金とその製造方法が得られ、Ｆｅ基焼結合金の製造方法と、これにより製造されるＦｅ基焼結合金を夫々記述する。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明の実施例１を示し、Ｆｅ基焼結合金１は、図１に示すように、第１筒状部たる基部２とこの基部２より径大な第２筒状部たる拡大部３とを一体に備え、この例では、それら基部２と拡大部３とに連続して貫通する貫通孔４が形成されている。また、それら基部２と拡大部３とは円形の貫通孔４の軸心に対して同心円上に位置する。そして、基部２と拡大部３との間には段部５が形成される。

前記Ｆｅ基焼結合金１の長さＬ（全体の長さ）は、前記拡大部３の長さＬ３の２倍以上、５倍以下であり、基部２の長さＬ２は、拡大部３の長さＬの１倍以上、４倍以下である。また、前記Ｆｅ基焼結合金１の長さＬは、貫通孔４の直径Ｄの１．５倍以上、８倍以下である。

また、前記拡大部３の直径Ｄ３は、基部２の直径Ｄ２に拡大部３の長さＬ３の２倍を加えた寸法以上（Ｄ３＞＝Ｄ２＋Ｌ３×２）とすることが好ましく、この寸法より直径Ｄ３が小さいと、拡大部３の体積も小さく、拡大部３から基部２に移動するＣｕの量も少なくなるため、前記寸法以上とすることが好ましい。

前記Ｆｅ焼結合金１には、一例として、重量％で、Ｃｕ：３〜８％、Ｍｎ：０．０８〜１．６％、Ｎｉ：０．１〜６％、Ｍｏ：０．１〜６％、Ｃ：０．１〜２％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金１を用いることができ、また、それ以外の組成、重量％で、Ｃｕ：４〜８％、Ｍｎ：０．０８〜１．６％（Ｃｕの２〜２０％）を少なくとも含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金を用いることもできる。

そのＦｅ基焼結合金１の試験品の製造方法につき、図３及び図４を参照して説明する。試験品は、図１に示したＦｅ基焼結合金１において、前記長さＬが３０ｍｍ、前記長さＬ３が１０ｍｍ、前記直径Ｄが１５ｍｍ、基部２の外径Ｄ２が２５ｍｍ、拡大部３の直径Ｄ３が４５ｍｍのものを用いた。そして、試験品（Ａ）〜（Ｅ）に用いる原料粉末として、重量％で、下記の表１に示す割合となるようにＦｅ粉末，Ｆｅ−Ｍｏ粉末，Ｆｅ−Ｎｅ−Ｍｏ粉末，Ｃｕ粉末，Ｃｕ−Ｍｎ粉末，黒鉛粉を原料粉末として混合（Ｓ１：ステップ１）し、混合した原料粉末を例えば４００〜８００ＭＰａの範囲内の所定の圧力でプレスにより所定形状の圧粉体に成形（Ｓ２）し、この圧粉体を例えばアンモニア分解ガス雰囲気中で、１０９０〜１１００℃の範囲内の所定の温度に２０分間保持の条件で焼結（Ｓ３）してＦｅ基焼結合金１を得た。

本発明では、図４に示すように、前記基部２を下にした状態で、前記焼結（Ｓ３）を行う。
実験例
実験品（Ａ）〜（Ｅ）は、用いた原料粉末が下記の表１の組成からなり、試験例（Ｘ）〜（Ｚ）と同一条件で製造した。

本発明では、前記基部２を下にした状態で、前記焼結（Ｓ３）を行うことにより、焼結時に溶融したＣｕが基部２に移動することにより、基部２の密度が上がり、焼結合金１の密度均一化が図られ、これは上記の表１も明らかである。

このように本実施例では、請求項１に対応して、軸方向一側の基部２と軸方向他側に設けられ基部２より広い拡大部３と、それら基部２と拡大部３に連続して貫通する貫通孔４と、を備え、全体の長さが拡大部３の長さの２〜５倍であるＦｅ基焼結合金の製造方法において、Ｆｅ基焼結合金１は、全体の長さが貫通孔４の直径の１．５〜８倍であり、拡大部３の直径は、基部２の直径に拡大部３の長さの２倍を加えた寸法以上であり、３〜８重量％のＣｕと０．０８〜１．６重量％のＭｎを含有した鉄系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を軸方向から加圧して圧粉体を成形し、基部２を下に位置した状態で、圧粉体を焼結するから、圧粉体を成形した状態で、拡大部３より基部２の密度が低くても、焼結時にＣｕが溶けて基部２側に移動して基部２の密度が上昇し、均一な密度を備えたＦｅ基焼結合金となる。

また、前記Ｆｅ基焼結合金は、軸方向の貫通孔４を備え、この貫通孔４の直径Ｄと全体の長さＬとの比が１．５〜８であるから、全体の長さＬが貫通孔直径Ｄの１．５倍未満では密度差の問題が生じず、一方、８倍を越えるとＣｕの移動による密度均一化効果が得られ難いため、上記の範囲が有効であることを見出した。

また、０．０８〜１．６重量％のＭｎを含むから、Ｃｕの融点が下がり焼結時に密度の低い基部にＣｕ合金が移動し易くなる。そして、Ｍｎの割合が０．０８％未満では融点の降下が発揮できず、一方、１．６％を超えると、靭性が低下するため、上記の範囲が有効であることを見出した。

このように本実施例では、請求項２に対応して、請求項１記載のＦｅ基焼結合金１の製造方法により製造され、拡大部３より基部２のＣｕ含有率が高いＦｅ基焼結合金１であるから、圧粉体を成形した状態で、拡大部３より基部２の密度が低くても、拡大部３より基部２のＣｕ含有率が高い分だけ、基部２の密度が上がり、均一な密度を備えたＦｅ基焼結合金となる。

また、軸方向の貫通孔４を備え、この貫通孔４の直径Ｄと全体の長さＬとの比が１．５〜８であるから、全体の長さＬが貫通孔直径Ｄの１．５倍未満では密度差の問題が生じず、一方、８倍を越えるとＣｕの移動による密度均一化効果が得られ難いため、上記の範囲が有効であることを見出した。

また、０．０８〜１．６重量％のＭｎを含むから、Ｃｕの融点が下がり、移動し易くなり、密度の低い基部２にＣｕ合金が移動し易くなる。そして、Ｍｎの割合が０．０８％未満では融点の降下が発揮できず、一方、１．６％を超えると、靭性が低下するため、上記の範囲が有効であることを見出した。

図５及び図６は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、同図に示すように、Ｆｅ基焼結合金１Ａは、拡大部３が貫通孔４に対して偏心しており、この例においても、拡大部３のＣｕが移動して密度の均一化を図ることができ、本実施例においても、各請求項に対応して、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
参考例
図７は、本発明の参考例を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、同図に示すように、Ｆｅ基焼結合金１Ｂは、貫通孔４を備えておらず、基部２及び貫通孔４が中実に形成されており、この例の基部２の直径Ｄ２´は、前記直径Ｄ２から直径Ｄを引いた寸法（Ｄ２´＝Ｄ２−Ｄ）であり、拡大部３の直径Ｄ３´は、前記直径Ｄ２から直径Ｄを引いた寸法（Ｄ３´＝Ｄ３−Ｄ）である。

この例においても、拡大部３のＣｕが基部２へ移動して密度の均一化を図ることができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、拡大部及び基部は、背景技術に記載したようなギアでもよく、また、断面角形でもよい。さらに、歯付のギアの場合は、歯底円の直径をそれぞれの直径とすればよい。

本発明の実施例１を示す縦断面図である。同上、平面図である。同上、製造方法のフローチャート図である。同上、焼結時の断面図である。本発明の実施例２を示す縦断面図である。同上、平面図である。参考例を示す縦断面図である。従来例を示す縦断面図である。

１Ｆｅ基焼結合金
２基部
３拡大部
４貫通孔
Ｌ長さ（全体の長さ）
Ｌ３長さ（拡大部の長さ）
Ｄ直径

Claims

軸方向一側の基部と軸方向他側に設けられ前記基部より広い拡大部と、それら基部と拡大部に連続して貫通する貫通孔と、を備え、全体の長さが前記拡大部の長さの２〜５倍であるＦｅ基焼結合金の製造方法において、
前記Ｆｅ基焼結合金は、全体の長さが前記貫通孔の直径の１．５〜８倍であり、
前記拡大部の直径は、基部の直径に拡大部の長さの２倍を加えた寸法以上であり、
３〜８重量％のＣｕと０．０８〜１．６重量％のＭｎを含有した鉄系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を軸方向から加圧して圧粉体を成形し、前記基部を下に位置した状態で、前記圧粉体を焼結することを特徴とするＦｅ基焼結合金の製造方法。
請求項１記載のＦｅ基焼結合金の製造方法により製造され、前記拡大部より前記基部のＣｕ含有率が高いことを特徴とするＦｅ基焼結合金。