JP5276491B2 - Surface densification method of sintered body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末の成形体を焼結してなる焼結体の表面を緻密化する方法に関するものである。特に、種々の形状の焼結体に対して、生産性よく表面の緻密化を行える焼結体の表面緻密化方法に関するものである。 The present invention relates to a method for densifying the surface of a sintered body formed by sintering a compact of a metal powder. In particular, the present invention relates to a method for densifying the surface of a sintered body capable of densifying the surface with high productivity for sintered bodies of various shapes.
従来、金属粉末の成形体を焼結してなる焼結体が、自動車用部品、一般機械の部品などに利用されている。このような部品のうち、スプロケットや各種の歯車のように、使用時、チェーンや別の歯車といった別の部品と接触して接触応力(ヘルツ応力)を受ける部品では、この接触箇所及びその近傍の疲労強さを高めるために、接触箇所(歯車の場合、代表的には歯面や歯底面)の表面側領域の気孔を低減して緻密化することが行われている。この緻密化には、特許文献1に記載されるように転造やサイジング、その他、鍛造がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, sintered bodies formed by sintering metal powder compacts have been used for automobile parts, general machine parts, and the like. Of these parts, parts such as sprockets and various gears that come into contact with other parts such as chains and other gears during use and are subject to contact stress (Hertz stress). In order to increase the fatigue strength, pores in the surface side region of the contact portion (typically, in the case of a gear, a tooth surface or a tooth bottom surface) are reduced and densified. This densification includes rolling, sizing, and forging as described in Patent Document 1.
しかし、上記転造は、ダイと共に焼結体を回転させることで緻密化を行うため、適用可能な焼結体の形状が、ホイールギアや円筒状体といった回転可能な形状に限定される。例えば、欠歯歯車や楕円歯車などの歯車やラックなどのように、外周輪郭が回転対称でない異形の素材には、転造を行えない。 However, since the rolling is densified by rotating the sintered body together with the die, the applicable shape of the sintered body is limited to a rotatable shape such as a wheel gear or a cylindrical body. For example, rolling cannot be performed on a deformed material whose outer peripheral contour is not rotationally symmetric, such as a gear such as a toothless gear or an elliptical gear, or a rack.
一方、鍛造は、焼結体の全面を押圧するため、加圧する荷重が大きいことから金型の寿命が短く、生産性がよくない。また、大掛かりな設備が必要であり、この点からも生産性がよくない。 On the other hand, forging presses the entire surface of the sintered body, and therefore the load applied is large, so the life of the mold is short and the productivity is not good. In addition, large-scale equipment is required, and productivity is not good from this point.
他方、サイジングは、従来、焼結体の寸法矯正に利用されている手法である。そのため、この設備を転用する、或いは部分的に変更することで緻密化を容易に行え、生産性に優れる。また、サイジングは、外周輪郭が回転対称であるか否かに関わらず、種々の形状の焼結体に適用することができる。しかし、サイジングによる緻密化にあたり、疲労強さを十分に改善するために必要とされる緻密化層を得るための条件が従来検討されていない。特許文献1には、しごき代を0.1mm以上とすることで空孔をつぶすことが記載されているものの、具体的なしごき代と緻密度合いについて開示されていない。 On the other hand, sizing is a technique conventionally used for dimensional correction of a sintered body. Therefore, this equipment can be diverted or partially changed so that densification can be easily performed and the productivity is excellent. Further, sizing can be applied to sintered bodies having various shapes regardless of whether or not the outer peripheral contour is rotationally symmetric. However, in the densification by sizing, the conditions for obtaining the densified layer required for sufficiently improving the fatigue strength have not been studied conventionally. Patent Document 1 describes crushing pores by setting the ironing allowance to be 0.1 mm or more, but does not disclose a specific ironing allowance and density.
そこで、本発明の目的は、種々の形状の焼結体に対して、生産性よく緻密化することができる焼結体の表面緻密化方法を提供することにある。 Then, the objective of this invention is providing the surface densification method of the sintered compact which can be densified with sufficient productivity with respect to the sintered compact of various shapes.
本発明は、特定の条件のサイジングにより緻密化を行うことで上記目的を達成する。本発明は、金属粉末の成形体を焼結した焼結体の周面の表面側領域を緻密にする焼結体の表面緻密化方法に係るものであり、サイジングによる緻密化工程を具える。具体的には、パンチで上記焼結体を押してサイジングダイを通過させるときに、このサイジングダイの突起部により当該焼結体の周面が圧縮されることで、この周面の表面側領域を緻密化する工程を具える。そして、上記突起部のアプローチ角θを10°以上20°以下、上記焼結体の圧縮前後の変形量を0.05mm以上0.15mm以下とする。但し、上記変化量(以下、サイジング代と呼ぶ)は、上記サイジングダイの中心線Cから突起部までの最小距離をd1、上記圧縮前の焼結体を上記サイジングダイに配置した状態において、上記中心線Cから、当該焼結体における上記突起部と接触する箇所までの最大距離をDとするとき、この最大距離Dと上記サイジングダイの最小距離d1との差:D-d1とする。 The present invention achieves the above object by performing densification by sizing under specific conditions. The present invention relates to a method for densifying a surface of a sintered body that densifies a surface side region of a peripheral surface of a sintered body obtained by sintering a compact of a metal powder, and includes a densification step by sizing. Specifically, when the sintered body is pressed by a punch and passed through a sizing die, the peripheral surface of the sintered body is compressed by the protrusions of the sizing die, so that the surface side region of the peripheral surface is reduced. It includes a process of densification. The approach angle θ of the protrusion is set to 10 ° to 20 °, and the deformation amount of the sintered body before and after compression is set to 0.05 mm to 0.15 mm. However, the amount of change (hereinafter referred to as sizing allowance) is the minimum distance from the center line C of the sizing die to the protrusion d1, and in the state where the sintered body before compression is arranged in the sizing die, When the maximum distance from the center line C to the portion in contact with the protrusion in the sintered body is D, the difference between the maximum distance D and the minimum distance d1 of the sizing die is D-d1.
本発明方法によれば、サイジングを採用することで、種々の形状の焼結体に対して、その周面の表面側領域の気孔を低減して、生産性よく緻密化することができる。また、本発明方法によれば、サイジングを採用することで、転造や鍛造に比較して、焼結体の周面における所望の箇所を精度よく、均一的に緻密化することができる。かつ、本発明方法では、サイジングを上述の特定の条件で行うことで、疲労強さを十分に改善するために必要とされる緻密化層、具体的には、気孔率が6％未満で、厚さが300μm〜500μm程度の緻密化層を得ることができる。このような緻密化層を形成できることで、本発明方法は、疲労強さに優れる焼結体部品を提供することができる。以下、本発明をより詳細に説明する。 According to the method of the present invention, by adopting sizing, pores in the surface side region of the peripheral surface can be reduced and densified with high productivity for sintered bodies of various shapes. Further, according to the method of the present invention, by adopting sizing, a desired portion on the peripheral surface of the sintered body can be accurately and uniformly densified as compared with rolling or forging. And in the method of the present invention, by performing sizing under the above-mentioned specific conditions, a densified layer required for sufficiently improving fatigue strength, specifically, a porosity of less than 6%, A densified layer having a thickness of about 300 μm to 500 μm can be obtained. Since such a densified layer can be formed, the method of the present invention can provide a sintered part having excellent fatigue strength. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明方法においてサイジングに利用するダイやパンチは、焼結体の寸法矯正などに利用されているサイジング装置を転用することができる。但し、サイジングダイの突起部のアプローチ角θは、上記特定の範囲を満たすものとする。 A die or punch used for sizing in the method of the present invention can be used as a sizing device used for dimensional correction of a sintered body. However, the approach angle θ of the protrusion of the sizing die shall satisfy the above specific range.
本発明方法では、アプローチ角θとサイジング代との双方が上記特定の範囲を満たすことが重要である。アプローチ角θが10°未満かつサイジング代が0.05mm未満の場合、サイジング代が0.05mm以上であるがアプローチ角θが10°未満の場合、及びアプローチ角θが10°以上であるがサイジング代が0.05mm未満の場合では、緻密化前の素材と比較して気孔の低減度合いが少なく、気孔率が十分に低く、かつ上述の厚さを満たす緻密化層が形成できないため、焼結体の疲労強さの十分な向上が望めない。一方、アプローチ角θやサイジング代が大きくなるにつれて、気孔の低減度合いが大きくなるが、アプローチ角θが20°超であると、1回の圧縮量が多過ぎて金型の寿命が短くなる。また、サイジング代が0.15mmを超えると、大きいバリが生じて材料損失が大きくなると共に、バリが素材(ワーク)から外れて金型内に脱落し、このバリが脱落した状態で次回以降の緻密化を実施すると、素材と金型との間にバリが噛み込むことで、素材の外観不良や金型の損傷を招く。従って、アプローチ角θが20°超、サイジング代が0.15mm超のいずれの場合においても生産性の低下を招く。本発明方法では、アプローチ角θ及びサイジング代を特定の範囲とすることで、焼結体の周面の表面側領域の気孔を十分に低減することができる。かつ、本発明方法では、特に、アプローチ角θを特定の範囲とすることで、金型に過度の応力が付与されることを低減して金型の長寿命化を図ることができ、特に、サイジング代を特定の範囲とすることで、300μm以上500μm程度の厚さの緻密化層を形成することができる。好ましくは、アプローチ角θ:15°以上20°以下、サイジング代:0.05mm以上0.1mm以下にする。 In the method of the present invention, it is important that both the approach angle θ and the sizing allowance satisfy the specific range. When the approach angle θ is less than 10 ° and the sizing allowance is less than 0.05 mm, the sizing allowance is 0.05 mm or more, but when the approach angle θ is less than 10 °, and when the approach angle θ is 10 ° or more, the sizing allowance is When the thickness is less than 0.05 mm, the degree of pore reduction is small compared to the material before densification, the porosity is sufficiently low, and a densified layer that satisfies the above-mentioned thickness cannot be formed. I cannot expect a sufficient improvement in strength. On the other hand, as the approach angle θ and the sizing allowance increase, the degree of reduction of the pores increases. However, if the approach angle θ exceeds 20 °, the amount of compression at one time is too large and the life of the mold is shortened. In addition, if the sizing allowance exceeds 0.15 mm, a large burr occurs and material loss increases, and the burr is detached from the material (workpiece) and dropped into the mold. When the process is carried out, the burrs bite between the material and the mold, which leads to poor appearance of the material and damage to the mold. Therefore, the productivity is lowered in any case where the approach angle θ exceeds 20 ° and the sizing allowance exceeds 0.15 mm. In the method of the present invention, the pores in the surface side region of the peripheral surface of the sintered body can be sufficiently reduced by setting the approach angle θ and the sizing allowance to specific ranges. And in the method of the present invention, in particular, by setting the approach angle θ to a specific range, it is possible to reduce the application of excessive stress to the mold and to extend the life of the mold. By setting the sizing allowance within a specific range, a densified layer having a thickness of about 300 μm to about 500 μm can be formed. Preferably, the approach angle θ is 15 ° to 20 °, and the sizing margin is 0.05 mm to 0.1 mm.
更に、上記パンチが上記サイジングダイの突起部を通過するときに、このパンチと突起部との間の隙間(クリアランス)が0μm超100μm以下となるように当該パンチを配置することが好ましい。上記隙間は、上記パンチを上記サイジングダイに配置した状態において、上記サイジングダイの中心線Cから、当該パンチにおける上記突起部を通過する箇所までの最大距離をd2とするとき、上記サイジングダイの最小距離d1と当該最大距離d2との差:d1-d2とする。 Furthermore, it is preferable that the punch is disposed so that a clearance (clearance) between the punch and the protruding portion is more than 0 μm and not more than 100 μm when the punch passes the protruding portion of the sizing die. The gap is the minimum of the sizing die when the maximum distance from the center line C of the sizing die to the portion passing through the protrusion in the punch is d2 in a state where the punch is disposed on the sizing die. The difference between the distance d1 and the maximum distance d2 is d1-d2.
上記隙間を100μm超と広くすると、緻密化前の素材と比較して気孔の低減度合いが少なく、得られた焼結体の周面の表面側領域における気孔率が高くなり易いため、上述のように疲労強さの低下を招く。この理由は、焼結体が十分にパンチに支持されないことで、素材の周面が突起部に十分に押圧されないためであると考えられる。より好ましい隙間の範囲は、15μm以上50μm以下である。 If the gap is widened to more than 100 μm, the degree of porosity reduction is small compared to the material before densification, and the porosity in the surface side region of the peripheral surface of the obtained sintered body tends to be high, so that This leads to a decrease in fatigue strength. The reason is considered that the sintered body is not sufficiently supported by the punch, and the peripheral surface of the material is not sufficiently pressed by the protrusions. A more preferable range of the gap is 15 μm or more and 50 μm or less.
本発明方法の対象とする焼結体は、金属粉末の成形体を焼結してなる各種のものが挙げられる。純鉄、鉄合金、鋼、ステンレス鋼といった鉄系材料、純アルミニウム、アルミニウム合金といった軽金属材料などからなる焼結体が代表的である。また、本発明方法では、種々の形状の焼結体に適用することができる。中心に円形状の軸孔を有し、周面が連続する凹凸面で形成された、外周輪郭が回転対称な形状の歯車やスプロケットなどが代表的であるが、外周輪郭の形状に関係なく任意の形状の焼結体に本発明方法を適用できる。 Examples of the sintered body targeted by the method of the present invention include various types obtained by sintering a compact of a metal powder. Typical examples are sintered bodies made of ferrous materials such as pure iron, iron alloys, steel, and stainless steel, and light metal materials such as pure aluminum and aluminum alloys. The method of the present invention can be applied to sintered bodies having various shapes. Typical examples are gears and sprockets that have a circular shaft hole in the center and are formed with an uneven surface with a continuous peripheral surface, and whose outer peripheral contour is rotationally symmetric. The method of the present invention can be applied to a sintered body having a shape of
本発明焼結体の表面緻密化方法は、種々の形状の焼結体において、その周面の表面側領域を生産性よく緻密化することができる。得られた焼結体は、気孔が十分に低減され、かつ十分な厚さの緻密化層が存在するため、疲労強さに優れると期待される。 The surface densification method of the sintered body of the present invention can densify the surface side region of the peripheral surface with high productivity in sintered bodies of various shapes. The obtained sintered body is expected to be excellent in fatigue strength since the pores are sufficiently reduced and a densified layer having a sufficient thickness exists.
金属粉末の成形体を複数作製してそれぞれ焼結して複数の焼結体を用意し、各焼結体を素材として、種々の条件で緻密化のためのサイジングを行ったものを試料とし、得られた各試料の周面の表面側領域における気孔率を測定した。 Prepare a plurality of compacts of metal powder and sinter each to prepare a plurality of sintered bodies, using each sintered body as a raw material, and sizing for densification under various conditions as a sample, The porosity in the surface side area | region of the surrounding surface of each obtained sample was measured.
上記各試料は、原料粉末の準備→成形→焼結→機械加工→緻密化という工程で作製した。 Each of the above samples was prepared in the process of preparation of raw material powder → molding → sintering → machining → densification.
原料粉末として、Fe-1.75％Ni-0.5％Mo+1.5％Cu(単位:質量％)の組成のFe系合金粉末(ヘガネスAB社製Distaloy-AB)に0.2質量％のGr(グラファイト)、0.6質量％の潤滑剤(エチレンビスステアリン酸アミド)を混合した混合粉末を用意した。この原料粉末を冷間金型で圧縮成形し(成形圧力:500MPa)、円筒状の成形体を得た(外径:φ34mm、内径:φ20mm、厚さ:5mm)。得られた成形体をプッシャー型炉に配置し、窒素(N2)雰囲気中、1250℃の温度下で焼結して、焼結材を得た。得られた焼結材に切削加工を行い、外径:φ30.32〜φ30.06mm、内径:φ26mm、厚さ:4.6mmの円筒状の素材、即ち、直径φ26mmの貫通孔を有する素材(初期密度:7.1g/cc)を得た。この素材に緻密化のためのサイジングを施した。 As raw material powder, 0.2% by mass of Gr (graphite), 0.6% of Fe-based alloy powder (Distaloy-AB manufactured by Höganäs AB) with a composition of Fe-1.75% Ni-0.5% Mo + 1.5% Cu (unit: mass%) A mixed powder in which a mass% lubricant (ethylenebisstearic acid amide) was mixed was prepared. This raw material powder was compression-molded with a cold mold (molding pressure: 500 MPa) to obtain a cylindrical molded body (outer diameter: φ34 mm, inner diameter: φ20 mm, thickness: 5 mm). The obtained molded body was placed in a pusher type furnace and sintered in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of 1250 ° C. to obtain a sintered material. The obtained sintered material is cut, and cylindrical material with an outer diameter of φ30.32 to φ30.06 mm, an inner diameter of φ26 mm, and a thickness of 4.6 mm, that is, a material having a through hole with a diameter of φ26 mm (initial Density: 7.1 g / cc) was obtained. This material was sized for densification.
緻密化のためのサイジングには、図1に示すサイジング金型1を用いる。なお、図1,2ではいずれも、サイジングダイ10の中心線C(ここでは、素材Wの貫通孔Whの軸に等しい)に平行に切断した断面であって、中心線Cから左半分のみを示す。サイジング金型1の基本的な構成は、寸法矯正に利用されるサイジング金型と同様であり、貫通したサイジング孔(ここでは円筒状孔)を有するサイジングダイ10と、サイジング孔を通過させるために素材Wを押す円筒状の上パンチ20とを具える。サイジングダイ10は、サイジング孔の内周面10fから中心線Cに向かって突出する突起部11を有する。素材Wは、上パンチ20に押され、サイジング孔を進行していく際に、その周面Wfが突起部11に圧縮されて緻密化される。ここでは、サイジング孔の内周面10fの全周に亘って突起部11が設けられた構成としており、素材Wの周面Wfの全周が圧縮される。サイジング孔の一部にのみ突起部を設けた構成とすると、焼結体の周面を局所的に圧縮することができる。 A sizing die 1 shown in FIG. 1 is used for sizing for densification. 1 and 2, both are sections cut in parallel to the center line C of the sizing die 10 (here, equal to the axis of the through hole W h of the material W), and only the left half from the center line C. Indicates. The basic configuration of the sizing mold 1 is the same as that of a sizing mold used for dimensional correction, and a sizing die 10 having a through sizing hole (here, a cylindrical hole) and a sizing hole are allowed to pass through. A cylindrical upper punch 20 that presses the material W is provided. The sizing die 10 has a protrusion 11 that protrudes toward the center line C from the inner peripheral surface 10f of the sizing hole. When the material W is pushed by the upper punch 20 and proceeds through the sizing hole, the peripheral surface Wf is compressed and densified by the protrusions 11. Here is a configuration in which the protruding portion 11 over the entire circumference of the inner peripheral surface 10f of the sizing hole is provided, the entire circumference of the peripheral surface W f of the material W is compressed. If it is set as the structure which provided the projection part only in a part of sizing hole, the surrounding surface of a sintered compact can be compressed locally.
上記突起部11は、中心線Cに平行に切断した断面が台形状であり、中心線Cに平行な平面からなる平面部11fと、平面部11fとサイジング孔の内周面10fとを繋ぐ一対の傾斜面部11ra,11rbとを有する。突起部において素材を主として押圧する箇所(ここでは平面部11f)は、素材Wの外周輪郭(ここでは円柱状)に概ね相似な形状である。 The protrusion 11 has a trapezoidal cross section cut parallel to the center line C, and a pair of a plane portion 11f formed of a plane parallel to the center line C and the plane portion 11f and the inner peripheral surface 10f of the sizing hole. The inclined surface portions 11r a and 11r b are provided. A portion (here, the flat surface portion 11f) that mainly presses the material in the protrusion has a shape that is substantially similar to the outer peripheral contour (here, cylindrical) of the material W.
上記突起部11において、素材Wの進行方向の手前側に位置する傾斜面部11raと平面部11fの延長面がつくる角をアプローチ角θとする。また、中心線Cから平面部11fまでの間のサイジングダイの最小距離をd1、圧縮前の素材Wを図1に示すようにサイジングダイ10に配置した状態において、中心線Cから、素材Wおける突起部11と接触する箇所(ここでは、素材Wの周面Wf)までの最大距離をDとする。ここでは、2×Dが素材の外径φに相当する。素材の最大距離Dをサイジングダイの最小距離d1よりも大きくしておくことで、素材Wの周面Wfが突起部11により圧縮されて、その表面側領域の気孔が低減される。なお、素材Wの進行方向の後方側に位置する傾斜面部11rbと平面部11fの延長面とがつくる角αは、特に問わない。角αは90°でもよく、O°超とすることで、素材Wを取り出し易い。ここでは、角αは鋭角である。 In the protruding portions 11, the corner extension surface is made of the inclined surface portion 11r a and the flat portion 11f located on the front side in the traveling direction of the material W to approach angle theta. In addition, the minimum distance of the sizing die between the center line C and the plane portion 11f is d1, and the material W before compression is placed on the sizing die 10 as shown in FIG. Let D be the maximum distance to the point of contact with the protrusion 11 (here, the circumferential surface W f of the material W). Here, 2 × D corresponds to the outer diameter φ of the material. By setting the maximum distance D of the material to be larger than the minimum distance d1 of the sizing die, the peripheral surface W f of the material W is compressed by the projections 11 and the pores in the surface side region are reduced. Incidentally, the angle α to make and the extended surface of the inclined surface portion 11r b and the flat portion 11f located on the rear side in the traveling direction of the material W, not particularly limited. The angle α may be 90 °, and if it exceeds O °, the material W can be easily taken out. Here, the angle α is an acute angle.
このサイジング金型1は、更に、素材Wの貫通孔Whに挿通配置される円柱状のコアロッド30と、緻密化後の焼結体(試料)が載置される円筒状の下パンチ21とを具える。ここでは、コアロッド30及び下パンチ21は固定されており、サイジングダイ10及び上パンチ20は、図示しない駆動機構により上下に移動することができる。なお、焼結体が筒状ではなく柱状の場合、コアロッドは不要である。また、下パンチを駆動可能な機構にすることもできる。 The sizing die 1 further includes a cylindrical core rod 30 that is placed through the through hole W h of the material W, a cylindrical lower punch 21 which sintered body after densification (sample) is placed With Here, the core rod 30 and the lower punch 21 are fixed, and the sizing die 10 and the upper punch 20 can be moved up and down by a driving mechanism (not shown). Note that when the sintered body is not cylindrical but columnar, the core rod is unnecessary. Also, a mechanism capable of driving the lower punch can be provided.
上記サイジング金型1を用いて緻密化のためのサイジングを行うには、以下の手順で行う。図2(I)に示すように、素材Wをサイジングダイ10のサイジング孔の一方の開口部(ここでは上方側開口部)から挿入し、その上に上パンチ20を配置する。次に、図2(II)に示すように上パンチ20により素材Wを下方に押して、サイジング孔を通過させ、下パンチ21に載置する。このとき、素材Wの周面の表面側領域は、突起部11により圧縮される。そして、図2(III)に示すように、突起部11を通過した素材W(試料)を下パンチ21により支持した状態で、サイジングダイ10及び上パンチ20を試料から離すように上方に移動させ、試料をサイジング孔から取り出す。なお、図2(III)では素材Wが圧縮されて小さくなった状態を誇張して示す。 In order to perform sizing for densification using the sizing mold 1, the following procedure is performed. As shown in FIG. 2 (I), the material W is inserted from one opening (here, the upper opening) of the sizing hole of the sizing die 10, and the upper punch 20 is disposed thereon. Next, as shown in FIG. 2 (II), the material W is pushed downward by the upper punch 20, passed through the sizing hole, and placed on the lower punch 21. At this time, the surface side region of the peripheral surface of the material W is compressed by the protrusion 11. Then, as shown in FIG. 2 (III), the sizing die 10 and the upper punch 20 are moved upward away from the sample while the material W (sample) that has passed through the protrusion 11 is supported by the lower punch 21. Remove the sample from the sizing hole. In FIG. 2 (III), the state in which the material W is compressed and reduced is exaggerated.
上述の手順の他、突起部を通過した素材を上パンチと下パンチとで支持し、この支持状態でサイジングダイのみを下方に移動させて素材を取り出してもよい。この場合、素材は、図2(II)に示す工程と、上記サイジングダイの下方移動とにより、突起部を合計2回通過することになる。このように複数回に亘って、緻密化のためのサイジングを行うことができる。複数回行う場合、緻密化層の厚さを厚くすることができる。 In addition to the above-described procedure, the material that has passed through the protrusion may be supported by the upper punch and the lower punch, and in this supported state, only the sizing die may be moved downward to take out the material. In this case, the material passes through the protrusion twice in total by the process shown in FIG. 2 (II) and the downward movement of the sizing die. Thus, sizing for densification can be performed a plurality of times. When it is performed a plurality of times, the thickness of the densified layer can be increased.
[試験例1]
試験例1では、サイジング孔において最も狭い箇所の直径(ここでは、中心線Cを挟んで対向する平面部間の距離)をφ30mm、即ち、サイジングダイの最小距離d1＝15mmに一定とし、アプローチ角θ及びサイジング代を表1に示すように種々の大きさに変更して緻密化を行った。サイジング代は、上記各素材の最大距離Dと上記サイジングダイの最小距離d1との差:(D-d1)とする。ここでは、上述のように素材の大きさを変化させることで最大距離Dを変え、サイジング代を異ならせた。また、この試験では、上パンチが上記突起部を通過するときに、この上パンチと突起部との間の隙間(上記中心線Cから上パンチにおける突起部を通過する箇所までの最大距離をd2とするとき、サイジングダイの最小距離d1と当該最大距離d2と差:d1-d2)を40μmに一定にした。
[Test Example 1]
In Test Example 1, the diameter of the narrowest part in the sizing hole (here, the distance between the plane parts facing each other across the center line C) is fixed to φ30 mm, that is, the minimum distance d1 of the sizing die is set to 15 mm, and the approach angle As shown in Table 1, θ and sizing allowance were changed to various sizes for densification. The sizing allowance is defined as the difference between the maximum distance D of each material and the minimum distance d1 of the sizing die: (D−d1). Here, as described above, the maximum distance D was changed by changing the size of the material, and the sizing cost was varied. Further, in this test, when the upper punch passes through the protrusion, the gap between the upper punch and the protrusion (the maximum distance from the center line C to the position passing through the protrusion in the upper punch is d2. In this case, the difference between the minimum distance d1 and the maximum distance d2 of the sizing die: d1-d2) was kept constant at 40 μm.
得られた各試料について、断面を光学顕微鏡観察し(100倍)、各観察像において周面から貫通孔に向かう方向(以下、厚さ方向と呼ぶ)に500μmまでの全領域に存在する気孔の面積を求め、上記500μmまでの全領域の面積に対する気孔の合計面積の割合を気孔率(％)とした。その結果を表1及び図3に示す。上記観察像では、気孔が黒色に見え、金属部分が灰色に見える。従って、二値化処理などの画像処理を利用することで、上記観察像から気孔率を簡単に求められる。また、上記緻密化処理を行っていない焼結体についても周面から500μmまでの全領域における気孔率を同様にして求めた(試料No.100)。 For each sample obtained, the cross section was observed with an optical microscope (100 times), and in each observation image, pores existing in all regions up to 500 μm in the direction from the peripheral surface to the through hole (hereinafter referred to as the thickness direction) The area was determined, and the ratio of the total area of the pores to the area of the entire region up to 500 μm was defined as the porosity (%). The results are shown in Table 1 and FIG. In the observed image, the pores appear black and the metal parts appear gray. Therefore, the porosity can be easily obtained from the observed image by using image processing such as binarization processing. Further, the porosity in the entire region from the peripheral surface to 500 μm was similarly determined for the sintered body not subjected to the densification treatment (Sample No. 100).
また、得られた各試料について、生じたバリの長さを測定し、長さが0.5mm以上のバリの有無を調べた。更に、各試料を作製後、金型内にバリが脱落したかどうかを目視にて確認した。それらの結果を表1に示す。なお、脱落したバリが存在した場合、脱落したバリについても長さを測定した。 Moreover, the length of the generated burr was measured for each obtained sample, and the presence or absence of a burr having a length of 0.5 mm or more was examined. Furthermore, after producing each sample, it was visually confirmed whether or not burrs had fallen into the mold. The results are shown in Table 1. In addition, when the dropped burr was present, the length of the dropped burr was also measured.
表1,図3に示すように、アプローチ角θを10°以上20°以下、かつサイジング代を0.05mm以上0.15mm以下として緻密化を行った試料は、緻密化を行っていない試料No.100と比較して、表面側領域の気孔率が非常に小さいことが分かる。また、サイジング代が0.05mm以上であってもアプローチ角θが10°未満である試料、逆にアプローチ角θが10°〜20°であってもサイジング代が0.05mm未満である試料は、緻密化を行っていない試料No.100と比較して、気孔率の低減度合いが少ない、或いはほとんど差がないことが分かる。これに対して、サイジング代を0.05mmとし、アプローチ角を10°とすると、表面側領域の気孔率が急激に低減されていることが分かる。 As shown in Table 1 and FIG. 3, the sample that was densified with an approach angle θ of 10 ° to 20 ° and a sizing allowance of 0.05 mm to 0.15 mm was not sample No. 100 that was not densified. It can be seen that the porosity of the surface side region is very small compared to. A sample with an approach angle θ of less than 10 ° even if the sizing allowance is 0.05 mm or more, and conversely, a sample with a sizing allowance of less than 0.05 mm even if the approach angle θ is 10 ° to 20 ° It can be seen that the degree of reduction of the porosity is small or almost no difference compared to Sample No. 100 which has not been converted into a sample. On the other hand, when the sizing margin is 0.05 mm and the approach angle is 10 °, it can be seen that the porosity in the surface side region is drastically reduced.
また、アプローチ角θを10°以上20°以下、かつサイジング代を0.05mm以上0.15mm以下として緻密化を行った試料は、上記緻密化された領域が周面の表面側に十分に存在する。図4は、試料No.1-7を示しており、試料(焼結体)の左側縁が周面、右側縁が貫通孔である。図4に示すように、試料の周面の表面側領域では、気孔(黒色の粒)が非常に少なく、緻密であることが分かる。また、気孔が低減された緻密な領域が周面から厚さ方向(図4において左右方向)に500μm程度存在することが分かる。なお、アプローチ角θを10°以上20°以下、かつサイジング代を0.05mm以上0.15mm以下として緻密化を行った各試料について、気孔率が5％以下である領域の厚さを測定したところ、500〜800μm程度であった。 Further, in a sample that has been densified with an approach angle θ of 10 ° or more and 20 ° or less and a sizing allowance of 0.05 mm or more and 0.15 mm or less, the densified region is sufficiently present on the surface side of the peripheral surface. FIG. 4 shows Sample No. 1-7, in which the left edge of the sample (sintered body) is the circumferential surface and the right edge is a through hole. As shown in FIG. 4, it can be seen that the surface side region of the peripheral surface of the sample is very dense with very few pores (black particles). It can also be seen that a dense region with reduced pores is present in the thickness direction (left and right direction in FIG. 4) of about 500 μm from the peripheral surface. For each sample that was densified with an approach angle θ of 10 ° to 20 ° and a sizing allowance of 0.05 mm to 0.15 mm, the thickness of the region where the porosity was 5% or less was measured. It was about 500 to 800 μm.
図4において、周面の左上側に存在する棒状の灰色の領域は、バリである。アプローチ角θを10°以上20°以下、かつサイジング代を0.05mm以上0.15mm以下として緻密化を行った試料は、表1に示すようにバリが素材から外れることが無かった。このことから、アプローチ角θかつサイジング代を特定の範囲とすることで、バリの脱落に伴う生産性の低下を抑制できると言える。また、サイジング代を0.15mm超とすると、大きなバリが生じた。 In FIG. 4, a bar-like gray area existing on the upper left side of the peripheral surface is a burr. As shown in Table 1, the burrs did not come off the material in the sample that was densified with the approach angle θ of 10 ° to 20 ° and the sizing margin of 0.05 mm to 0.15 mm. From this, it can be said that the fall of productivity accompanying the drop-off of the burr can be suppressed by setting the approach angle θ and the sizing allowance to a specific range. In addition, when the sizing allowance exceeded 0.15 mm, a large burr was generated.
更に、アプローチ角θを20°超とした場合(サイジング代:0.05mm)、金型の寿命が明確に低下した。 Furthermore, when the approach angle θ was more than 20 ° (sizing allowance: 0.05 mm), the life of the mold was clearly reduced.
以上から、アプローチ角θを10°以上20°以下、かつサイジング代を0.05mm以上0.15mm以下としてサイジングにより緻密化を行うことで、気孔率が5％以下、更には4％以下といった気孔が非常に低減された緻密な領域を周面の表面側に十分に形成することができる。従って、上記緻密化により、疲労強さに優れる焼結体が得られると期待される。 Based on the above, the pores with a porosity of 5% or less and even 4% or less are very good by densifying by sizing with an approach angle θ of 10 ° to 20 ° and a sizing allowance of 0.05 mm to 0.15 mm. Thus, a dense region with a reduced thickness can be sufficiently formed on the surface side of the peripheral surface. Therefore, it is expected that a sintered body having excellent fatigue strength can be obtained by the above densification.
[試験例2]
試験例2では、アプローチ角θ:15°、サイジング代:0.05mmに固定し、上パンチとサイジングダイの突起部との間の隙間を変化させて緻密化を行い、得られた各試料について試験例1と同様にして気孔率を求めた。その結果を表2及び図5に示す。
[Test Example 2]
In Test Example 2, the approach angle θ was fixed at 15 ° and the sizing allowance was fixed at 0.05 mm, and the gap between the upper punch and the protrusion of the sizing die was changed for densification, and each sample obtained was tested. The porosity was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 and FIG.
表2及び図5に示すように、上記隙間(クリアランス)を100μm超とすると、周面の表面側領域の気孔率が8％以上と高く、気孔の低減度合いが小さいことが分かる。そのため、焼結体の周面の表面側に、気孔が十分に低減された緻密化層が存在し難いと考えられる。これに対して、上記隙間を100μm以下とした試料は、周面の表面側領域の気孔率が低く、気孔が十分に低減された緻密化層が存在することで、これらの試料は、疲労強さに優れると期待される。 As shown in Table 2 and FIG. 5, when the gap (clearance) exceeds 100 μm, it can be seen that the porosity in the surface side region of the peripheral surface is as high as 8% or more, and the degree of pore reduction is small. Therefore, it is considered that a densified layer in which pores are sufficiently reduced does not easily exist on the surface side of the peripheral surface of the sintered body. In contrast, the samples with the gap of 100 μm or less have a low porosity in the surface side region of the peripheral surface and the presence of a densified layer in which the pores are sufficiently reduced. It is expected to be excellent.
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、焼結体の組成、焼結体の形状を適宜変更することができる。 The above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention, and is not limited to the above-described configuration. For example, the composition of the sintered body and the shape of the sintered body can be changed as appropriate.
本発明焼結体の表面緻密化方法は、ホイールギアなどの各種の歯車、スプロケット、その他の部品であって、金属粉末の成形体を焼結した焼結体からなるものに対して、周面の表面側領域を緻密にする際に好適に利用することができる。 The method for densifying the surface of the sintered body according to the present invention includes various gears such as wheel gears, sprockets, and other parts, which are made of a sintered body obtained by sintering a metal powder compact. It can be suitably used when the surface side region of the substrate is made dense.
1 サイジング金型 10 サイジングダイ 10f 内周面 11 突起部
11f 平面部 11ra,11rb 傾斜面部 20 上パンチ 21 下パンチ
30 コアロッド W 素材 Wf 周面 Wh 貫通孔
1 Sizing mold 10 Sizing die 10f Inner peripheral surface 11 Projection
11f Flat part 11r a , 11r b Inclined part 20 Upper punch 21 Lower punch
30 Core rod W Material W f Peripheral surface W h Through hole
Claims (2)
パンチで前記焼結体を押してサイジングダイを通過させるときに、前記サイジングダイの突起部により当該焼結体の周面が圧縮されることで、この周面の表面側領域を緻密化する工程を具え、
前記突起部のアプローチ角θを10°以上20°以下、前記焼結体の圧縮前後の変形量を0.05mm以上0.15mm以下とすることを特徴とする焼結体の表面緻密化方法。
但し、前記変形量は、前記サイジングダイの中心線Cから突起部までの最小距離をd1、前記圧縮前の焼結体を前記サイジングダイに配置した状態において、前記中心線Cから、当該焼結体における前記突起部と接触する箇所までの最大距離をDとするとき、前記焼結体の最大距離Dと前記サイジングダイの最小距離d1との差:D-d1とする。 A method for densifying the surface of a sintered body that densifies the surface side region of the peripheral surface of the sintered body obtained by sintering a compact of metal powder,
When the sintered body is pushed by a punch and passed through a sizing die, the peripheral surface of the sintered body is compressed by the protrusions of the sizing die, thereby densifying the surface side region of the peripheral surface. Prepared,
A method for densifying a surface of a sintered body, characterized in that an approach angle θ of the protrusion is 10 ° or more and 20 ° or less, and a deformation amount of the sintered body before and after compression is 0.05 mm or more and 0.15 mm or less.
However, the amount of deformation is the minimum distance from the center line C of the sizing die to the protruding portion d1, and in the state where the sintered body before compression is disposed on the sizing die, from the center line C, the sintering amount When the maximum distance to the portion in contact with the protrusion in the body is D, the difference between the maximum distance D of the sintered body and the minimum distance d1 of the sizing die is D-d1.
但し、前記隙間は、前記パンチを前記サイジングダイに配置した状態において、前記中心線Cから、当該パンチにおける前記突起部を通過する箇所までの最大距離をd2とするとき、前記サイジングダイの最小距離d1と当該最大距離d2との差:d1-d2とする。 2. The sintered body according to claim 1, wherein when the punch passes through the protrusion, the punch is arranged such that a gap between the punch and the protrusion is more than 0 μm and not more than 100 μm. Surface densification method.
However, the gap is the minimum distance of the sizing die when the maximum distance from the center line C to the portion passing through the protrusion in the punch is d2 in a state where the punch is disposed on the sizing die. The difference between d1 and the maximum distance d2 is d1-d2.
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