JP5636605B2

JP5636605B2 - 焼結部品の製造方法

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Publication number: JP5636605B2
Application number: JP2012227637A
Authority: JP
Inventors: 寛明寺井; 徹奥田
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: JP2014080642A

Description

本発明は、焼結部品の製造方法に関する。

複雑な形状を有する部品を製造する方法として、粉末冶金が知られている。粉末治金を用いて部品を製造する方法として、例えば、鉄、鉄合金などの粉体と、ニッケル、銅、モリブデン、クロム、マンガンなどの添加金属の粉体と、炭素の粉体と、潤滑剤との混合粉を成形し、得られた成形体を切削または研削し、その後、当該成形体を焼結する焼結部品の製造方法（例えば、特許文献１参照）や、鉄と残部ニッケル、モリブデン、クロム、マンガンなどとを含む鉄合金粉体と炭素粉体との混合物を圧縮成形して得られた成形体を焼結した後、得られた焼結体に、ガス浸炭、油または水焼入れおよび焼戻しの熱処理を施す焼結部品の製造方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開２００３−２５３４０６号公報特開平１０−３１７０９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、希少金属であるニッケルが多く用いられているため、材料コストの増大を招くという欠点がある。また、特許文献２に記載の方法では、熱処理が行なわれているため、寸法変化が生じやすく、サイジングにかかる労力が大きくなる。

一方、ニッケルを含まない原料粉体を用いた場合、得られる焼結体の強度が著しく低下する傾向にある。
そのため、ニッケル高含有量の焼結部品と同等またはそれ以上の強度を有する焼結部品を、製造時における寸法変化を抑制しつつ、安価に製造することができる焼結部品の製造方法が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ニッケル高含有量の焼結部品と同等またはそれ以上の強度を有する焼結部品を、製造時における寸法変化を抑制しつつ、安価に製造することができる焼結部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の焼結部品の製造方法（以下、単に、「製造方法」という）は、成形用金型内に原料粉体を充填した後、当該原料粉体を加圧して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と
を含む焼結部品の製造方法であって、
前記原料粉体が、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であり、クロム２〜４質量％と、モリブデン０．３〜０．７質量％と、炭素０．３〜０．８質量％と残部鉄とを含有しており、
前記焼結工程において、前記成形体を非酸化雰囲気下において１２００〜１３００℃の温度で焼結し、続いて０．１〜０．１５℃／ｓの冷却速度で常温まで冷却することを特徴とする。

本発明の製造方法では、原料粉体として、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であって、クロム２〜４質量％と、モリブデン０．３〜０．７質量％と、炭素０．３〜０．８質量％と残部鉄とを含有する、安価な完全合金粉を含む粉体が用いられている。これにより、焼結部品の製造コストを安くすることができる。また、本発明の製造方法では、前記原料粉体を用いて得られた成形体を非酸化雰囲気下において１２００〜１３００℃の高温で焼結した後、続いて０．１〜０．１５℃／ｓの冷却速度で常温まで冷却する。これにより、従来、強度を確保するために用いられている高価なニッケルを含有しない原料粉体が用いられているにもかかわらず、ニッケル高含有量の焼結部品と同等またはそれ以上の高い強度の焼結部品を安価に製造することができる。また、本発明の製造方法では、浸炭処理などの熱処理が行なわれていない。これにより、製造時における寸法変化を抑制することができる。本発明の製造方法では、前記冷却速度が、０．１〜０．１５℃／ｓであるので、焼結時間を十分に確保しつつ、焼結後の成形体の冷却を十分に行なうことができる。

また、本発明の製造方法では、前記原料粉体が、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であって、クロム２〜４質量％、モリブデン０．３〜０．７質量％、炭素０．３〜０．８質量％および残部鉄とを含有する。これにより、より高強度の焼結部品を製造することができる。

本発明の製造方法では、前記原料粉体におけるクロムの含有量が、２．５〜３．５質量％であることが好ましい。これにより、焼結部品の強度を高強度化することができる。

本発明の製造方法によれば、ニッケル高含有量の焼結部品と同等またはそれ以上の強度を有する焼結部品を、製造時における寸法変化を抑制しつつ、安価に製造することができる。

本発明の一実施の形態に係る製造方法で得られる焼結部品の一例であるクラッチハブを示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係る製造方法の処理手順を示すフローチャートである。本発明の一実施の形態に係る製造方法における高温焼結工程および冷却工程における温度条件を示す線図である。（Ａ）は試験例１において、実験例１で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を示す図面代用写真、および（Ｂ）は（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。（Ａ）は試験例１において、比較例１で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を示す図面代用写真、および（Ｂ）は（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。（Ａ）は試験例１において、比較例２で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を示す図面代用写真、および（Ｂ）は（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。（Ａ）は試験例１において、比較例３で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を示す図面代用写真、および（Ｂ）は（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を示す図面代用写真である。試験例１において、実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の比摩耗量を調べた結果を示すグラフである。試験例２において、密度とみかけ硬さとの関係を調べた結果を示すグラフである。試験例３において、密度と引張降伏点との関係を調べた結果を示すグラフである。試験例４において、サイクル数と回転曲げ疲労強度との関係を調べた結果を示すグラフである。試験例５において、サイクル数と面圧疲労強度との関係を調べた結果を示すグラフである。比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と降伏応力または引張強度との関係を調べた結果を示すグラフである。比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と破断伸びとの関係を調べた結果を示すグラフである。比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と衝撃荷重との関係を調べた結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施の形態に係る製造方法を説明する。本実施の形態では、焼結部品として、クラッチハブを製造する際の処理手順を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る製造方法で得られる焼結部品の一例であるクラッチハブを示す斜視図である。
図１に示されるクラッチハブ１は、自動車のマニュアルトランスミッション用のクラッチハブである。クラッチハブ１は、ボス部１１と、このボス部１１の外周に一体に形成されたリム部１２と、このリム部１２の周囲に一体に形成された外径歯部１３とを備えている。ボス部１１の中心には、内径孔１４が形成されている。この内径孔１４の内周には、歯部１５ａと歯溝部１５ｂとからなる内径歯部１５が形成されている。外径歯部１３は、歯部１３ａと歯溝部１３ｂとからなる。また、外径歯部１３には３つのキー溝１６が周方向に定ピッチで形成されている。

かかるクラッチハブ１は、以下に説明するように、ニッケルを含有せず、かつクロム２〜４質量％と残部鉄とを含有する完全合金粉を含む原料粉体から製造される。

図２は、本発明の一実施の形態に係る製造方法の処理手順を示すフローチャートである。
図２に示される製造方法では、ニッケルを含有せず、かつクロム２〜４質量％と残部鉄とを含有する完全合金粉からなる原料粉体を、当該原料粉体をクラッチハブ１に対応する形状に成形するための金型内に充填する（充填工程）。

本工程では、まず、金型のキャビティーの内面に潤滑剤を塗布する。これにより、後の工程において、金型からの成形体の取出しが容易になる。

その後、前記原料粉体を金型内に充填する。充填する原料粉体は、十分な強度を確保する観点から、原料粉体は、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であって、クロム２〜４質量％、モリブデン０．３〜０．７質量％、炭素０．３〜０．８質量％および残部鉄を含有することが好ましい。

なお、本明細書において、完全合金粉とは、合金化した溶鋼をアトマイズすることにより得られる粉体であり、かつ当該粉体を構成する粒子内の合金成分が均一である粉体をいう。

クロムは、後述の成形工程で得られる成形体の焼入れ性を向上させることができる。かかる焼入れ性が向上することにより、後述の焼結工程の際に、組織がベイナイト化しやすくなり、得られる焼結体の硬さを向上させることができる。原料粉体におけるクロムの含有量は、十分な強度を確保する観点から、２質量％以上、好ましくは２．５質量％以上であり、十分な密度を確保する観点から、４質量％以下、好ましくは３．５質量％以下である。
モリブデンは、後述の成形工程で得られる成形体の焼入れ性を向上させ、強度および硬さを向上させることができる。原料粉体におけるモリブデンの含有量の下限は、十分な強度および硬さを確保する観点から、０．３質量％以上、好ましくは０．４質量％以上である。また、原料粉体におけるモリブデンの含有量の上限は、０．７質量％以下であることが好ましい。原料粉体におけるモリブデンの含有量を０．７質量％より多くしても、モリブデンによる強度および硬さの向上効果が、前記含有量が０．７質量％である場合とほぼ同程度であるにもかかわらず、モリブデンの使用によりコストがアップするからである。
炭素は、強度および硬さの向上に寄与する。原料粉体における炭素の含有量は、十分な強度および硬さを確保する観点から、０．３質量％以上、好ましくは０．４質量％以上であり、十分な密度を確保する観点から、０．８質量％以下、好ましくは０．７質量％以下である。
鉄は、焼結部品としてのクラッチハブ１のベースとなる。原料粉体において、鉄は、上述のクロム、モリブデンおよび炭素の残部である。
なお、原料粉体は、不可避不純物を含有していてもよい。

本実施の形態に係る製造方法では、前述したような原料粉体が用いられているため、後述の焼結工程を行なうことで、浸炭処理などの熱処理を行なわなくても十分な強度と硬さを確保することができる。

金型からの成形体の取り出しを容易にする観点から、原料粉体に潤滑剤を配合してもよい。原料粉体に潤滑剤を配合する場合、原料粉体１００質量部あたりの潤滑剤の量は、成形性の観点から、０．４〜０．８質量部である。この場合、本工程では、金型のキャビティーの内面に潤滑剤を塗布しなくてもよく、良好な状態で成形体を金型から離型することができる。金型は、クラッチハブ１の形状に応じたキャビティーを有する金型であればよい。

つぎに、金型内に充填された原料粉体を加圧して成形体を得る（成形工程）。
本工程において、原料粉体を加圧する際の圧力は、十分な密度の成形体を得、かつ金型の寿命を十分に確保する観点から、原料粉体に４００〜８００ＭＰａの面圧がかかるように設定することが好ましい。かかる面圧は、原料粉体の組成などに応じて適宜選択することができる。

つぎに、成形体を焼結炉内で１２００〜１３５０℃の焼結温度で焼結する（高温焼結工程）。
本工程では、図３に示されるように、成形体を１２００〜１３５０℃という高温で焼結するため、原料粉体の粒子間の結合が強くなり、強度が向上する。しかも、原料として銅などの比較的低融点の金属を用いて液相焼結を行なう必要がないことから、原料コストが低減される。

焼結温度は、焼結時において、十分な強度を確保する観点から、１２００℃以上、好ましくは１２２０℃以上であり、後の冷却工程において、焼結後の成形体の冷却に要する時間を短縮する観点から、１３００℃以下であり、好ましくは１２８０℃以下である。なお、本明細書において、前記焼結温度は、焼結工程で用いられる焼結炉内の均熱部の温度である。
焼結時間は、焼結後における強度を十分に確保し、かつ十分な生産性を確保する観点から、好ましくは０．５〜１時間である。

成形体の焼結は、金属などの酸化を抑制する観点から、非酸化性雰囲気で行なうことが望ましい。非酸化性雰囲気としては、例えば、窒素ガス、ブタン変性ガス、窒素と水素との混合ガスなどの非酸化性ガスを含む雰囲気などが挙げられる。

つぎに、焼結体を冷却速度０．１〜０．１５℃／ｓで常温まで冷却する（冷却工程）。
本工程では、図３に示されるように、焼結体を冷却速度０．１〜０．１５℃／ｓで冷却するので、焼結体の組織がベイナイト化される。かかる焼結体の組織は、ベイナイトが主体であり、一部マルテンサイトが混在したものとなる。これにより、十分な硬さが確保されることから、得られる焼結部品であるクラッチハブ１の強度を、従来用いられている高ニッケル含有量の焼結部品（クラッチハブ）と同等またはそれ以上にすることができる。

冷却速度は、十分な硬さおよび生産性を確保する観点から、０．１℃／ｓ以上であり、組織のベイナイト化を十分に行なう観点から、０．１５℃／ｓ以下である。

その後、冷却後の焼結体のサイジングを行なう（サイジング工程）。
本工程では、例えば、冷却後の焼結体をサイジング用の金型にセットし、当該焼結体に２００〜９００ＭＰａの圧力を負荷することにより行なうことができる。

サイジングを行なう際の圧力は、十分な製品精度を確保する観点から、好ましくは２００ＭＰａ以上、より好ましくは３００ＭＰａ以上であり、金型の寿命を十分に確保する観点から、好ましくは９００ＭＰａ以下、より好ましくは８００ＭＰａ以下である。

このようにして得られるクラッチハブ１の引張降伏点、引張強度、衝撃強度、回転曲げ疲労強度、面圧疲労強度および耐摩耗性は、ニッケル高含有量の原料粉体から得られるクラッチハブの引張降伏点、引張強度、衝撃強度、回転曲げ疲労強度、面圧疲労強度および耐摩耗性と同等かそれ以上である。

以上のように、本発明の製造方法によれば、ニッケル高含有量の原料粉体から得られる焼結部品と同等またはそれ以上の高い強度の焼結部品を、製造時における寸法変化を抑制しつつ、安価に製造することができる。したがって、本発明の製造方法は、低コスト化および高強度化が求められているクラッチハブなどの焼結部品の製造に好適である。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

〔実験例１、比較例１〜３〕
完全合金粉〔鉄および不可避不純物以外の元素の量：クロム３質量％およびモリブデン１質量％、ヘガネスＡＢ社製〕に黒鉛粉〔日本黒鉛工業（株）製、商品名：ＣＰＢ〕をその濃度が０．６質量％となるように添加した。得られた混合物１００質量部に対して潤滑剤（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｋｅｎｏｌｕｂｅ）０．６質量部を添加し、混合した。これにより、表１に示される組成の原料粉体を調製した。得られた原料粉体をクラッチハブ成形用金型に充填した。金型内に充填された原料粉体を面圧５００ＭＰａで加圧し、成形体を得た。得られた成形体を、焼結温度１２５０℃で４５分間焼結させた後、冷却速度０．２℃／ｓで常温まで冷却し、焼結材試験片を得た（実験例１）。得られた焼結材試験片の密度は６．９５ｇ／ｃｍ³であった。

また、部分拡散合金粉〔ヘガネスＡＢ社製、商品名：ＤｉｓｔａｌｏｙＡＥ〕に黒鉛粉〔日本黒鉛工業（株）製、商品名：ＣＰＢ〕をその濃度が０．５質量％となるように添加した。得られた混合物１００質量部に対して潤滑剤（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｋｅｎｏｌｕｂｅ）０．６質量部を添加し、混合した。これにより、表１に示される組成の原料粉体を得た。得られた原料粉体をクラッチハブ成形用金型に充填した。金型内に充填された原料粉体を面圧６００ＭＰａで加圧し、成形体を得た。得られた成形体を、焼結温度１２５０℃で４５分間焼結させた後、冷却速度０．１５℃／ｓで常温まで冷却し、焼結材試験片を得た（比較例１）。得られた焼結材試験片の密度は７．１ｇ／ｃｍ³であった。

鉄粉体〔ＪＦＥスチール（株）製、商品名：ＪＩＰ３０１Ａ〕、銅粉体〔福田金属箔粉工業（株）製、商品名：Ｃｕ−Ａｔ−Ｗ−２５０〕および黒鉛粉〔日本黒鉛工業（株）製、商品名：ＣＰＢ〕を表１に示される組成となるように混合した。得られた混合物１００質量部に対して潤滑剤（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｋｅｎｏｌｕｂｅ）０．６質量部を添加し、混合した。これにより、表１に示される組成の原料粉体を得た。得られた原料粉体をクラッチハブ成形用金型に充填した。金型内に充填された原料粉体を面圧６００ＭＰａで加圧し、成形体を得た。得られた成形体を、焼結温度１１３０℃で２０分間焼結（ベルト焼結）させた後、冷却速度０．５℃／ｓで常温まで冷却し、焼結材試験片を得た（比較例２）。得られた焼結材試験片の密度は６．８ｇ／ｃｍ³であった。

前記部分拡散合金粉を含む原料粉体をクラッチハブ成形用金型に充填した。金型内に充填された粉体を面圧６００ＭＰａで加圧し、成形体を得た。得られた成形体を、焼結温度１１３０℃で２０分間焼結（ベルト焼結）させた後、冷却速度０．５℃／ｓで常温まで冷却し、焼結材試験片を得た（比較例３）。得られた焼結材試験片の密度は７．０ｇ／ｃｍ³であった。

〔試験例１〕
実験例１、比較例１〜３それぞれで得られた焼結材試験片の表面の組織を光学顕微鏡により観察した。試験例１において、実験例１で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を図４（Ａ）に示し、（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を図４（Ｂ）に示す。試験例１において、比較例１で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を図５（Ａ）に示し、（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を図５（Ｂ）に示す。試験例１において、比較例２で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を図６（Ａ）に示し、（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を図６（Ｂ）に示す。試験例１において、比較例３で得られた焼結材試験片の表面の組織を観察した結果を図７（Ａ）に示し、（Ａ）をさらに拡大して観察した結果を図７（Ｂ）に示す。

また、実験例１および比較例１〜３それぞれで得られた焼結材試験片のロックウェル硬さＢスケールおよび引張強度を測定した。ロックウェル硬さＢスケールは、ＪＩＳＺ２２４５にしたがって測定した。引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１にしたがって測定した。これらの結果を表２に示す。

さらに、実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の耐摩耗性試験を行なった。耐摩耗性試験は、大越式摩耗試験機〔（株）東京試験機製、商品名：大越式迅速摩耗試験機〕を用い、下記試験条件で行なった。比摩耗量は、式（Ｉ）：

比摩耗量Ｗｓ＝（Ｂ×ｂ³）／（８ｒ×Ｐ×Ｉ）（Ｉ）

〔式中、Ｂは耐摩耗性試験に用いられた大越式摩耗試験機の回転円板の厚さ（ｍｍ）、ｂは摩耗痕の幅（ｍｍ）、ｒは前記回転円板の半径（ｍｍ）、およびＰは最終荷重（Ｎ）、Ｉは摩擦距離（ｍｍ）を示す〕
にしたがって求めた。試験例１において、実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の比摩耗量を調べた結果を図８に示す。

［試験条件］
回転円板の厚さＢ＝３ｍｍ
回転円板の半径ｒ＝１４．９７ｍｍ
最終荷重Ｐ＝３１．３８Ｎ
摩擦距離Ｉ＝２０００００ｍｍ
摩擦速度Ｖ＝３８１０ｍｍ／ｓ
相手材：ＳＣＭ４３５（５０ＨＲＣ）

図４に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片の表面の組織では、ベイナイトが主体であり、マルテンサイトが偏りなく分散していることがわかる。これに対して、図５に示される結果から、比較例１で得られた焼結材試験片の表面の組織では、パーライトとベイナイトとが混在していることがわかる。また、図６に示される結果から、比較例２で得られた焼結材試験片の表面の組織では、パーライトが主体であり、フェライトが混在していることがわかる。さらに、図７に示される結果から、比較例３で得られた焼結材試験片の表面の組織では、パーライトとフェライトとが混在していることがわかる。

表２に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片は、比較例１で得られた焼結材試験片よりも硬く、しかも高い引張強度を有することがわかる。

また、図８に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片の比摩耗量は、比較例１で得られた焼結材試験片の比摩耗量よりも少ないことから、実験例１で得られた焼結材試験片の耐磨耗性は、比較例１で得られた焼結材試験片の耐摩耗性よりも高いことがわかる。

以上の結果から、ニッケルを含有しない原料粉体から得られた実験例１で得られた焼結材試験片は、ニッケルを含有する原料粉体から得られた比較例１で得られた焼結材試験片と同等以上の硬さ、引張強度および耐摩耗性を有することがわかる。

〔実験例２および３〕
実験例１において、クラッチハブ成形用金型の代わりに１０×５５×１０ｃｍ試験片を用いたことおよび成形体の製造時の圧力（面圧）６００ＭＰａを４００〜６００ＭＰａとしたことを除き、実験例１と同様の操作を行ない、密度６．７ｇ／ｃｍ³の焼結材試験片（実験例２）および密度７．０ｇ／ｃｍ³の焼結材試験片（実験例３）を得た。

〔試験例２〕
実験例１〜３それぞれの焼結材試験片のみかけ硬さ（ロックウェル硬さＢスケール）を測定した。みかけ硬さは、ＪＩＳＺ２２４５にしたがって測定した。試験例２において、密度とみかけ硬さとの関係を調べた結果を図９に示す。

図９に示される結果から、実験例１〜３で得られた焼結材試験片のみかけ硬さは、いずれも９０ＨＲＢ以上であることがわかる。みかけ硬さが９０ＨＲＢ以上であることは、クラッチハブに求められる硬さの条件を満たしていることを示す。したがって、これらの結果から、実験例１〜３で得られた焼結材試験片は、いずれも、クラッチハブに求められる硬さの条件を満たしていることがわかる。

〔試験例３〕
実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の引張降伏点を測定した。引張降伏点は、ＪＩＳＺ２２４１にしたがって測定した。試験例３において、密度と引張降伏点との関係を調べた結果を図１０に示す。図中、黒矩形は、実験例１で得られた焼結材試験片および黒四角は、比較例１で得られた焼結材試験片を示す。

図１０に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片の引張降伏点は、比較例１で得られた焼結材試験片の引張降伏点以上であることがわかる。

〔試験例４〕
実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の回転曲げ疲労強度を測定した。回転曲げ疲労強度は、ＪＩＳＺ２２７４にしたがって測定した。試験例４において、サイクル数と回転曲げ疲労強度との関係を調べた結果を図１１に示す。図中、黒矩形は、実験例１で得られた焼結材試験片および黒四角は、比較例１で得られた焼結材試験片を示す。

図１１に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片の回転曲げ疲労強度は、比較例１で得られた焼結材試験片の回転曲げ疲労強度よりも高いことがわかる。

〔試験例５〕
実験例１および比較例１それぞれで得られた焼結材試験片の面圧疲労強度を測定した。面圧疲労強度は、二円筒式面圧疲労試験によって求めた値である。試験例５において、サイクル数と面圧疲労強度との関係を調べた結果を図１２に示す。図中、黒矩形は、実験例１で得られた焼結材試験片および黒四角は、比較例１で得られた焼結材試験片を示す。

図１２に示される結果から、実験例１で得られた焼結材試験片の面圧疲労強度は、比較例１で得られた焼結材試験片の面圧疲労強度よりも高いことがわかる。

〔比較例４〕
実験例１において、クロムの含有量およびモリブデンの含有量を変更したことを除き、実験例１と同様の操作を行ない、焼結材試験片を得た。得られた焼結材試験片の降伏応力、引張強度、破断伸びおよび衝撃強度を測定した。

降伏応力は、ＪＩＳＺ２２４１にしたがって測定した。引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１にしたがって測定した。衝撃強度は、ＪＩＳＺ２２４２にしたがって測定した。

比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と降伏応力または引張強度との関係を調べた結果を図１３に示す。図１３中、黒四角は、降伏応力および黒矩形は、引張強度を示す。また、図１３中、（１）の破線は、比較例１で得られた焼結材試験片の降伏応力および（２）の破線は、比較例１で得られた焼結材試験片の引張応力を示す。また、比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と破断伸びとの関係を調べた結果を図１４に示す。さらに、比較例４において、原料粉体における合金成分（クロムおよびモリブデン）の割合と衝撃荷重との関係を調べた結果を図１５に示す。

図１３に示される結果から、原料粉体におけるクロムの含有量１．５質量％およびモリブデンの含有量０．２質量％の場合ならびに原料粉体におけるクロムの含有量３．０質量％およびモリブデンの含有量０．５質量％である場合それぞれの降伏応力は、いずれも、比較例１で得られた焼結材試験片の降伏応力よりも大きいことがわかる。

一方、図１３に示される結果から、原料粉体におけるクロムの含有量１．５質量％およびモリブデンの含有量０．２質量％の場合の引張強度は、比較例１で得られた焼結材試験片の引張強度よりも小さいことがわかる。これに対して、原料粉体におけるクロムの含有量３．０質量％およびモリブデンの含有量０．５質量％である場合の引張強度は、比較例１で得られた焼結材試験片の引張強度よりも高いことがわかる。

また、図１４に示される結果から、原料粉体におけるクロムの含有量１．５質量％およびモリブデンの含有量０．２質量％の場合の破断伸びは、比較例１で得られた焼結材試験片の破断伸びよりも大きいことがわかる。これに対して、原料粉体におけるクロムの含有量３．０質量％およびモリブデンの含有量０．５質量％である場合の破断伸びは、比較例１で得られた焼結材試験片の破断伸びよりも小さいことがわかる。

さらに、図１５に示される結果から、原料粉体におけるクロムの含有量１．５質量％およびモリブデンの含有量０．２質量％の場合ならびに原料粉体におけるクロムの含有量３．０質量％およびモリブデンの含有量０．５質量％である場合それぞれの衝撃荷重は、比較例１で得られた焼結材試験片の衝撃荷重よりも大きいことがわかる。

これらの結果から、原料粉体におけるクロムの含有量が２〜４質量％の範囲外であると、引張強度または破断伸びに悪影響を及ぼすことがわかる。

〔実施例１および２、実験例４および５、ならびに比較例５および６〕
実験例１において、冷却速度を０．１℃／ｓ（実施例１）、０．１５℃／ｓ（実施例２）、０．５℃／ｓ（実験例４）、１℃／ｓ（実験例５）、２℃／ｓ（比較例５）または４℃／ｓ（比較例６）としたことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、焼結材試験片を得た。

〔試験例６〕
実施例１および２、実験例１、４および５ならびに比較例５および６それぞれで得られた焼結材試験片のみかけ硬さおよび引張強度を測定した。みかけ硬さ（ロックウェル硬さＡスケール）は、ＪＩＳＺ２２４５にしたがって測定した。また、みかけ硬さ（ロックウェル硬さＢスケール）は、ＪＩＳＺ２２４５にしたがって測定した。引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１にしたがって測定した。また、実施例１および２、実験例１、４および５ならびに比較例５および６それぞれで得られた焼結材試験片の表面の組織を光学顕微鏡により観察した。冷却速度と、焼結材試験片のみかけ硬さ、引張強度および表面の組織の観察結果との関係を表３に示す。

表３に示された結果から、冷却速度を０．１〜０．１５℃／ｓとした場合の焼結材試験片（実施例１および２）は、サイジング可能な硬さを有するとともに十分な引張強度を有し、ベイナイトが主体の組織を有することがわかる。これに対し、冷却速度を１℃／ｓを超える速度とした場合の焼結材試験片（比較例５および６）は、サイジングを行なうには硬すぎ、マルテンサイトの多い組織を有することがわかる。

これらの結果から、冷却速度を０．１〜０．１５℃／ｓとすることにより、サイジング可能な硬さを有するとともに十分な引張強度を有し、ベイナイトが主体の組織を有する焼結部品を製造することができることがわかる。

以上の結果から、原料粉体として、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であり、クロム２〜４質量％と、モリブデン０．３〜０．７質量％と、炭素０．３〜０．８質量％と残部鉄とを含有する原料粉体を用いて得られた成形体を非酸化雰囲気下に１２００〜１３００℃の温度で焼結し、焼結後の成形体を０．１〜０．１５℃／ｓの冷却速度で常温まで冷却することにより、ニッケル高含有量の焼結部品と同等またはそれ以上の強度などの性能を有する焼結部品を製造できることがわかる。また、かかる製造方法では、ニッケルを含まない原料粉体を用いられており、かつ熱処理が行なわれていないにもかかわらず、所定の性能が得られている。したがって、かかる製造方法によれば、製造時における寸法変化を抑制しつつ、しかも安価に焼結部品を製造できることがわかる。

１クラッチハブ
１１ボス部
１２リム部
１３外径歯部
１４内径孔
１５内径歯部
１５ａ歯部
１５ｂ歯溝部
１６キー溝

Claims

成形用金型内に原料粉体を充填した後、当該原料粉体を加圧して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と
を含む焼結部品の製造方法であって、
前記原料粉体が、ニッケルを含有せず、クロムとモリブデンと鉄とを含有する完全合金粉体と黒鉛粉とを含有する粉体であり、クロム２〜４質量％と、モリブデン０．３〜０．７質量％と、炭素０．３〜０．８質量％と残部鉄とを含有しており、
前記焼結工程において、前記成形体を非酸化雰囲気下において１２００〜１３００℃の温度で焼結し、続いて、焼結後の成形体を０．１〜０．１５℃／ｓの冷却速度で常温まで冷却することを特徴とする焼結部品の製造方法。
前記原料粉体におけるクロムの含有量が、２．５〜３．５質量％である請求項１に記載の製造方法。