JP5697604B2 - 金属部品の製造方法 - Google Patents
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Description
a)集塊した球形金属粉をプリフォームまで圧縮し、b)1275℃以下の温度でプリフォームを部品に脱バインダおよび焼結し、c)以下の工程
i)部品を95% TDを超える密度まで圧縮する、または、ii)部品を95% TD未満の密度まで圧縮し、ついで部品を1275℃以下の温度で95% TDを超える密度に焼結する、のうちの1つを行い、ついでd)部品を1200℃以下の温度で高温静水圧プレスに付す、工程が含まれる。
a)液体
b)FCC+液体
c)FCC
d)FCC+MC
e)BCC+FCC
f)液体+FCC+MC
g)液体+FCC+BCC
h)液体+BCC
i)BCC
j)FCC+MC+M7C3
k)FCC+M7C3
l)液体+FCC+M7C3
m)BCC+FCC+セメンタイト+M7C3
n)FCC+セメンタイト+M7C3
o)FCC+セメンタイト
p)BCC+セメンタイト
q)FCC+BCC+M7C3
r)BCC+M7C3
s)BCC+FCC+M7C3
t)BCC+FCC+セメンタイト
本発明を詳細に開示し、記載する前に、本発明が本明細書に開示する特定の化合物、粉末、形状、方法工程、基質および材料に限定されるものではなく、化合物、粉末、形状、方法工程、基質および材料それ自体は幾分変化し得ることは理解される。また、本明細書中で用いる用語は特定の形態を説明する目的のためだけのものであって、それに限定することを意図するものではなく、本発明の範囲は添付する特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定されることも理解される。
その他に規定されていなければ、本明細書中で用いるいずれの用語および科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解される意味を有することを意図している。
a)集塊した球形金属粉をプリフォームに圧縮し、
b)1275℃以下の温度でプリフォームを部品に脱バインダおよび焼結し、
c)以下の工程
i.部品を95% TDを超える密度まで圧縮し、または
ii.部品を95% TD未満の密度まで圧縮し、かつ、部品を1275℃以下の温度で95% TDを超える密度まで焼結し、
の1つを行い、ついで
d)部品を1200℃以下の温度の高温静水圧プレスに付する
工程を含む。
工程b)およびc)における1275℃の温度制限は、0.5−1.0重量%の範囲の下端に向けた炭素含量についてである。0.5−1.0重量%またはそれ以上の範囲の中ごろの炭素含量を有する形態については、工程b)およびc)における制限は1250℃である。
1つの形態において、金属部品は、工具鋼および高速度鋼よりなる群から選択される少なくとも1つの鋼を含む。
集塊した粒子の製造
球形粒子は、組成C 0.49重量%;Si 1.2重量%;Mn 0.34重量%;Cr 7.3重量%;Mo 1.4重量%;V 0.57%の工具鋼浴の中性ガスを用いた粉砕によって得た。これらの粒子のバッチは、150ミクロン以下の粒径で、篩を用いて調製した。脱イオン水に基づく水溶液を調製し、それは、ゲル化強度が50ブルームである約30重量%のゼラチンを含んでいた。溶液を50ないし70℃まで加熱してゼラチンを完全に溶解した。
以下の分析値を有する工具鋼をガス微粒化粉末に製造した;C 0.49重量%;Si 1.2重量%;Mn 0.34重量%;Cr 7.3重量%;Mo 1.4重量%;V 0.57重量%。
集塊の前に、工具鋼粉末をソフトアニーリングして、圧縮後のグリーンステージにおいて可能な限り高い密度を得た。ソフトアニーリング後の典型的な硬度は最大250HBであった。
比較例1と同じ材料を用いてもう1つの試験を行った。同じ圧縮操作および1250℃の焼結の後に、密度は85% TDであった。材料はソフトアニーリングし、その後に、今回は92.3% TDの最終グリーン密度までもう一度単軸圧縮した。この操作の後に、圧縮生成物をもう一度1250℃にて焼結して、95.2% TDの密度とした。ついで、焼結生成物を高温静水圧プレスにインサートし、1150℃の温度および1500バールの圧力で完全に稠密な状態まで圧縮した。
92.3% TDを有する比較例2と同一のグリーン生成物を、1150℃の高温静水圧プレスに直接的に付した。生成物の密度は99.2% TDであった。微細構造は高多孔率を有する領域を明らかにし、一方他の領域は完全に稠密な状態であった。同一の硬化およびテンパリング後の衝撃値は、生成物の散乱した多孔率に依存して15ないし85ジュールの値を与えた。
比較例1と同じ材料を用いてもう1つの試験を行った。比較例2と同じ圧縮および焼結の後に、焼結して密度は85% TDのグリーン密度とし、生成物を95.8% TDのグリーン密度まで高速圧縮(HVC)を用いて制限し、断熱式HVC圧縮の効果に起因して以前よりも少し高かった。ラム速度は7.5m/sであった。ついで、生成物を完全に稠密な状態まで、最終的な焼結なしに、1150℃で上記したように高温静水圧プレスした。衝撃値は140−175ジュール、すなわち上記よりもなお良好な値と測定された。
以下の組成を有する鋼を用いた実験:C 0.65重量%;Cr 4.0重量%;Mo 2.0重量%;W 2.1重量%;V 1.5重量%;/Si 1.0重量%;Mn 0.3重量%。比較例1で前記したように、1300℃の焼結温度で実験を開始し、各工程について焼結温度を20℃上昇させた。断片が激しく溶融し、それによって生成物が激しく変形することに起因して、焼結操作は1380℃で中止した。これらの試験の結果は前記試験と同じであった。圧縮後のグリーン密度は82% TDであった。低い焼結温度では低い密度であり、3−6ジュールの非常に低い衝撃値の高い焼結温度では完全に稠密な状態まで激しい析出が生じた。thermo calcを用いてこの鋼について計算した相図を図2に示す。
組成C 0.65重量%;Cr 4.0%;Mo 2.0%;W 2.1%;V 1.5%;Si 1.0%;Mn 0.3%を有する高速度鋼を用いて試験を行った。圧縮した標本は1200および1250℃にて各々焼結し、各々84.5および86% TDの密度を与えた。ついで、2つのタイプの試料をこれらのタイプの鋼について規定した950℃でソフトアニーリングし、ついで、各々、90.7および92.1% TDの密度まで600N/mm2の圧力を用いて単軸で圧縮した。ついで、試料を以下のスキームで各々1200℃および1250℃にて再度焼結した。
比較例5および6の高速度鋼を用いてもう1つの試験を行った。標本は84% TDの密度まで圧縮および焼結し、ソフトアニーリングし、その後に95.6% TDのグリーン密度まで9.7m/sのラム速度でHVC制限し、ついで、稠密な密度の状態まで前記したように直接的に高温静水圧プレスした。56 HRCまで硬化およびテンパリングした後の衝撃値は225ジュールであった。微細構造は、微細な結晶(ASTM 7−8)を有する完全に稠密な状態の構造を表した。結晶粒界析出は検出されなかった。
両方の場合において1275℃の焼結温度を用いる以外は比較例2を繰り返した。第1の焼結後に密度は86.2% TDであり、第2の焼結後に密度は96.3% TDであった。構造は90−102ジュールの範囲の延性で満足のゆくものであった。
Fe=bal、C=0.93、Si=0.28、Mn=0.41、P=0.007、S=0.006、Cr=1.52、Ni=0.15、Cu=0.07の組成を有する炭素鋼(100 Cr6)を実施例1と同様に集塊させた。比率は重量によって計算した(Fe=balはFeを100重量%になるまで添加したことを意味する)。この合金の相図を図3に示す。粉末は集塊の前にソフトアニーリングした。集塊した粉末を、直径75mm×高さ30mmの寸法を有する円筒中で85.2% TDの密度まで5500バールで冷間静水圧プレスした。
Claims (10)
- 金属部品の製造方法であって、
a.集塊した球形鋼粉をプリフォームまで圧縮し、
b.1275℃以下の温度でプリフォームを部品に脱バインダおよび焼結し、
c.部品を理論密度の95%を超える密度まで圧縮し、ついで
d.部品を1200℃以下の温度で高温静水圧プレスに付す
工程を含み、ここに上記工程c)における圧縮を高速圧縮を用いて行う、該方法。 - 高速圧縮を2m/sを超えるラム速度で行う請求項1記載の方法。
- 高速圧縮を5m/sを超えるラム速度で行う請求項2記載の方法。
- 工程a)における圧縮を、単軸圧縮、高速圧縮および冷間静水圧プレスよりなる群から選択される方法を用いて行う請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程a)における圧縮を1000N/mm2以下の圧力で行う請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 金属粉が工具鋼および高速度鋼よりなる群から選択される少なくとも1の鋼を含む請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- ソフトアニーリングを工程b)の後に行う請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
- 圧縮した凝集した球形鋼粉から製造する金属部品であって、粉末を1275℃以下の温度で部品に脱バインドおよび焼結し、脱バインダおよび焼結した後の部品を、理論密度の95%を超える密度まで圧縮し、ここに該圧縮は高速圧縮を用いて行い、
その後に、部品を1200℃以下の温度で高温静水圧プレスに付す
ことを特徴とする該金属部品。 - 該金属部品が工具鋼および高速度鋼よりなる群から選択される少なくとも1つの鋼を含む請求項8記載の金属部品。
- 該金属部品が標準SS−EN 10045-1 シャルピー V,U ノッチに従って測定して最小130ジュールの室温での10×10mmの切れ目を入れていない標本に対する衝撃値として測定される延性を有する請求項8または9記載の金属部品。
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