JP5733861B2

JP5733861B2 - 機械加工性改善組成物

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Publication number: JP5733861B2
Application number: JP2011542053A
Authority: JP
Inventors: アンデルソン、オロフ; フー、ボー
Original assignee: ホガナスアクチボラグ（パブル）
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2029-12-21
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Description

本発明は、粉末金属部品（ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｐａｒｔｓ：焼結部品）の製造用の粉末金属組成物、並びに改善された機械加工性を有する粉末金属部品を製造する方法に関する。

部品の粉末冶金による製造の主要な利点の１つは、圧縮成形及び焼結により、最終的形状の又は最終的形状に非常に近い半製品（ｂｌａｎｋｓ）を製造することが可能になることである。しかし、その後の機械加工が必要な場合がある。例えば、高許容差要求（ｈｉｇｈｔｏｌｅｒａｎｃｅｄｅｍａｎｄｓ）のため又は最終部品が直接プレスすることはできないが、焼結後に機械加工を必要とするような形状を有するため、これが必要である場合がある。より具体的には、圧縮成形方向に対して横方向の穴、アンダーカット及びネジ山などの形状は、後の機械加工を必要とする。

より高い強度の、ひいては硬度もより高い、新たな焼結鋼を継続的に開発することにより、機械加工は、部品の粉末冶金による製造における主要な問題の１つになっている。粉末冶金による製造が部品を製造する最も費用対効果が高い方法であるかどうかを評価するとき、機械加工は制限要因であることが多い。

今日、焼結後の成分の機械加工を容易にするために鉄をベースとした粉末混合物に添加される多くの公知の物質が存在する。最も一般的な粉末添加剤は、例えば、焼結鋼の機械加工性がそのような粉末の混合によってどのように改善されるかを記載しているＥＰ０１８３６６６に言及されている、ＭｎＳである。

米国特許第４９２７４６１号は、焼結後の機械加工性を改善するための鉄をベースとした粉末混合物への０．０１及び０．５重量％の六方晶ＢＮ（窒化ホウ素）の添加を記載している。

米国特許第５６３１４３１号は、鉄をベースとした粉末組成物の機械加工性を改善するための添加剤に関する。この特許によれば、添加剤は、粉末組成物の０．１〜０．６重量％の量で含まれているフッ化カルシウム粒子を含む。

特願平０８−０９５６４９号は、機械加工性向上剤を記載している。該向上剤は、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＣａＯを含み、灰長石（アノルタイト）又はゲーレナイト結晶構造を有する。アノルタイトは、６〜６．５のモース硬度を有する長石群に属するテクトケイ酸塩であり、ゲーレナイトは、５〜６のモース硬度を有するソロケイ酸塩である。

米国特許第７３００４９０号は、硫化マンガン粉末（ＭｎＳ）及びリン酸カルシウム粉末又はヒドロキシアパタイト粉末の組合せからなるプレスされた焼結部品を製造するための粉末混合物を記載している。

ＷＯ公開２００５／１０２５６７は、機械加工向上剤として用いられる六方晶窒化ホウ素及びフッ化カルシウム粉末の組合せを開示している。

硫黄と組み合わせた酸化ホウ素、ホウ酸又はホウ酸アンモニウムなどのホウ素含有粉末は、米国特許第５９３８８１４号に記載されている。

機械加工添加剤として用いられる粉末の他の組合せは、ＥＰ１９８５３９３Ａ１に記載されており、該組合せは、タルク及びステアタイト及び脂肪酸から選択される少なくとも１つを含む。

機械加工向上剤としてのタルクは、特開平１−２５５６０４号公報に言及されている。タルクは、水酸化マグネシウム八面体層を取り囲むケイ素四面体層からなるフィロケイ酸塩の群に属する。

出願ＥＰ１００２８８３は、金属部品、特に弁座インサートを製造するための粉末状金属ブレンド混合物を記載している。記載されたブレンドは、低い摩擦及び滑り摩耗、並びに機械加工性の改善を得るために０．５〜５％の固体潤滑剤を含む。実施形態の１つにおいて、雲母が固体潤滑剤として記載されている。耐摩耗性及び高温安定部品の製造に用いられるこれらの種類の粉末混合物は、高い含量、一般的に約１０重量％超の合金化元素（ａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓ）、及び典型的には炭化物である硬質相を常に含む。

米国特許第４，２７４，８７５号は、圧縮成形及び焼結の前に粉末状雲母を０．５〜２重量％の量で金属粉末に加えるステップを含む、粉末冶金によるＥＰ１００２８８３に記載されているものと同様な物品の製造の方法を教示している。具体的には、任意の種類の雲母を用いることができることが開示されている。

さらに、特開平１０−３１７００２号公報は、低い摩擦係数を有する粉末又は焼結圧縮成形体を記載している。粉末は、１〜１０重量％の硫黄、３〜２５重量％のモリブデン及び残余鉄の化学組成を有する。さらに、固体潤滑剤及び硬質相物質が添加されている。

プレスされた焼結部品の機械加工は、非常に複雑であり、部品の合金化系の種類、部品の焼結密度、並びに部品のサイズ及び形状などのパラメーターによる影響を受ける。機械加工操作の種類及び機械加工の速度が、機械加工操作の結果に対して大きな重要性を有するパラメーターであることも明らかである。粉末冶金組成物に加えられる提案された機械加工向上剤の多様性は、ＰＭ機械加工技術の複雑な性質を反映している。

本発明は、焼結鋼の機械加工性を改善するための新規な添加剤を開示する。特に１０重量％未満の合金化元素の含量を有し、硬質相物質を含まない低合金焼結鋼向けである。新規な添加剤は、ドリル穴あけ、旋削、フライス研削及びねじ切りなどの切りくず除去操作にかけられるそのような焼結鋼の機械加工性を改善するために設計されている。さらに新規な添加剤は、高速度鋼、炭化タングステン、サーメット、セラミック及び立方晶窒化ホウ素などのいくつかの種類の工具材料により機械加工される部品に用いることができ、工具は、被覆することもできる。

したがって、本発明の目的は、機械加工性を改善するための粉末金属組成物用の新規な添加剤を提供することである。

本発明の他の目的は、様々な種類の焼結鋼の様々な機械加工操作で用いられるそのような添加剤を提供することである。

本発明の他の目的は、プレスされた焼結部品の機械的特性に対する影響を全く有さない又はごくわずかな影響を有する新規な機械加工性向上物質を提供することである。

本発明の他の目的は、新規な機械加工性向上添加剤を含む粉末冶金組成物、並びにこの組成物から圧縮成形部品を調製する方法を提供することである。

定義された特殊な種類のケイ酸塩を含む機械加工性向上剤を粉末組成物に含めることにより、様々な微細構造及び焼結密度を有する焼結部品の機械加工性の驚くほどに大きな改善が達成されることが、今回発見された。さらに、機械加工性に対する正の効果が非常に低い添加量でさえ得られ、それにより、追加の物質を添加することによる圧縮性に対する負の影響は、最小限となる。添加されたケイ酸塩による機械的特性に対する影響は許容できることも示された。

したがって、本発明は、鉄をベースとした粉末に加えて、より少ない量の機械加工性改善添加剤（ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｄｄｉｔｉｖｅ）を含み、前記添加剤がフィロケイ酸塩の群からの少なくとも１つのケイ酸塩を含む、鉄をベースとした粉末組成物を提供する。本発明はまた、鉄をベースとした粉末組成物における機械加工性改善剤としてのフィロケイ酸塩の使用を提供する。本発明はさらに、上のような鉄をベースとした粉末組成物を調製するステップ、鉄をベースとした粉末組成物を４００〜１２００ＭＰａの圧縮成形圧で圧縮成形するステップ、圧縮成形部品を１０００〜１３００℃の温度で焼結するステップ、及び、場合により、焼結部品を熱処理するステップを含む、改善された機械加工性を有する鉄をベースとした焼結部品を製造する方法を提供する。

本発明によれば、上の目的、並びに下の考察から明らかな他の目的の少なくとも１つは、本発明の様々な態様により達成される。

本発明の一態様によれば、鉄をベースとした粉末に加えて、より少ない量の粉末状の機械加工性改善添加剤を含み、前記添加剤がフィロケイ酸塩からなる群からの少なくとも１つのケイ酸塩を含む、鉄をベースとした粉末組成物が提供される。

フィロケイ酸塩は、例えば、ベントナイト、カオリナイト及びスメクタイトなどの粘土鉱物のうちから、緑泥石のうちから、又は金雲母、白雲母、黒雲母及び真珠雲母などの雲母のうちから選択することができる。

本発明の他の態様によれば、鉄をベースとした粉末組成物における機械加工性改善添加剤に含まれるフィロケイ酸塩の使用が提供される。

本発明の他の態様によれば、鉄をベースとした粉末を提供すること、及び鉄をベースとした粉末を、少なくとも１つのフィロケイ酸塩を含む粉末状の機械加工性改善添加剤と混合することを含む、鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、上の態様による鉄をベースとした粉末組成物を調製すること、鉄をベースとした粉末組成物を４００〜１２００ＭＰａの圧縮成形圧で圧縮成形すること、圧縮成形部品を１０００〜１３００℃の温度で焼結すること、及び場合により、焼結部品を熱処理することを含む、改善された機械加工性を有する鉄をベースとした焼結部品を製造する方法が提供される。

機械加工性指数、例えば、１、３、４、５、７及び８を得るためのインサートカッティングエッジ（ｃｕｔｔｉｎｇｅｄｇｅ）の摩耗、すなわち、図中の２つの矢印の間の距離をどのように測定するかの概略図である。相対的機械加工性改善指数に対するそれぞれ機械加工性改善剤である白雲母及び金雲母の平均粒径の効果を示す概略図である。

機械加工性向上剤は、５未満、好ましくは４未満のモース硬度を有することを特徴としうるフィロケイ酸塩として分類される、定義されたケイ酸塩を含む。フィロケイ酸塩は、水酸化物の八面体構造の層と結合したケイ素四面体の層を含む薄片結晶構造を有する。好ましくは四面体におけるケイ素原子のいくつかがアルミニウム原子などの他の原子により置換されていてよく、したがって、該ケイ酸塩は、アルミン酸ケイ酸塩と表される。或いは、アルミニウム原子が八面体構造に存在するか、又はアルミニウム原子が両方の構造に存在する。

新規な機械加工性向上添加剤に含めることができるケイ酸塩の例は、以下の通りである。
以下のような雲母：
金雲母ＫＭｇ_３（ＯＨ，Ｆ）_２［ＡｌＳｉ_３Ｏ_１０］、
白雲母ＫＡｌ_２（ＯＨ）_２［ＡｌＳｉ_３Ｏ_１０］、
黒雲母Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ）_３（ＯＨ）_２［ＡｌＳｉ_３Ｏ_１０］及び
真珠雲母ＣａＡｌ_２（ＯＨ）_２［Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_１０］；
緑泥石群に属するケイ酸塩；
以下のような粘土鉱物：
カオリナイトＡｌ_２（ＯＨ）_４［Ｓｉ_２Ｏ_５］；
以下のようなスメクタイト群に属する粘土鉱物：
アルイエット石Ｃａ_０．２Ｍｇ_６（Ｓｉ，Ａｌ）_８Ｏ_２０（ＯＨ）_４＊４Ｈ_２Ｏ、
バイデライト（Ｎａ，Ｃａ_０．５）_０．３Ａｌ_２（Ｓｉ，Ａｌ）_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊ｎＨ_２Ｏ、
ヘクトライトＮａ_０．３（Ｍｇ，Ｌｉ）_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ，Ｆ）_２、
モンモリロナイト（Ｎａ，Ｃａ）_０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊ｎＨ_２Ｏ、
ノントロナイトＮａ_０．３Ｆｅ_２（Ｓｉ，Ａｌ）_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊ｎＨ_２Ｏ、
サポナイトＣａ_０．２５（Ｍｇ，Ｆｅ）_３（Ｓｉ，Ａｌ）_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊ｎＨ_２Ｏ、
ステベンサイト（Ｃａ，Ｎａ）_ｘＭｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２、
ボルコンスコアイトＣａ_０．３（Ｃｒ，Ｍｇ，Ｆｅ）_２（Ｓｉ，Ａｌ）_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊４Ｈ_２Ｏ及び、
ヤコントバイト（Ｃａ，Ｎａ）_０．５（Ｃｕ，Ｍｇ，Ｆｅ）_２Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２＊３Ｈ_２Ｏ。

通常、ケイ酸塩鉱物は、天然で定義済みの鉱物の組合せとして存在し、したがって、商業的にはモンモリロナイトを含む様々な種類のベントナイトなどの化学的に定義されたケイ酸塩又はそれらの中間体の様々な組合せとして存在する。本発明は、単一の特定の構造により定義されるケイ酸塩に限定されるものでなく、上述のケイ酸塩の組合せ及び中間体も含む。

本発明により使用されるケイ酸塩がモース尺度による５未満、好ましくは４未満の硬度を有していてよく、層状構造を有していてよい理由は、そのようなケイ酸塩がより固いケイ酸塩と比較して焼結体の機械加工時に相対的低い温度でさえも機械加工特性に寄与することが今回発見されたことである。したがって、機械加工時に発生した熱によりもたらされる工具に対する負の影響は、避けることができる。より高い硬度を有するケイ酸塩は、圧縮成形及び型からの圧縮成形体の排出時の潤滑に寄与しない可能性がある。添加されるケイ酸塩の低い硬度は、ひいては、その層状結晶構造と相まって好適であり、潤滑特性を向上させ、それにより、従来の潤滑剤の添加量の低下を可能にし、より高い圧粉体密度（ｇｒｅｅｎｄｅｎｓｉｔｉｅｓ：未焼結密度）が達成されることを可能にする。

さらに、特定の理論に束縛されることなく、ケイ酸塩中のアルミニウム原子の存在が、機械加工される部品の金属組織にかかわりなく、機械加工特性に対する正の効果を有し、良好な機械加工特性に寄与する可能性があると考えられる。

新規な添加剤は、硫化マンガン、六方晶窒化ホウ素、他のホウ素含有物質及び／又はフッ化カルシウムなどの他の公知の機械加工向上添加剤を含んでいてよく、又はそれらと混合されていてよい。

鉄をベースとした粉末組成物中の添加剤の量は、０．０５重量％から１．０重量％の間、好ましくは０．０５％から０．５％の間、好ましくは０．０５％から０．４％の間、好ましくは０．０５％から０．３％の間、より好ましくは０．１重量％から０．３重量％の間であってよい。より低い量は、機械加工性に対する意図する効果をもたらさない可能性があり、より高い量は、機械的特性に負の影響を及ぼす可能性がある。したがって、鉄をベースとした粉末組成物に添加する機械加工性改善剤の量は、０．５重量％未満、好都合には０．４９重量％以下、好ましくは０．４５重量％以下、より好ましくは０．４重量％以下、例えば０．３重量％以下など、又は０．２重量％以下、又は０．１５重量％以下であってよい。

本発明による新規な添加剤の粒径Ｘ_９９は、５０μｍ未満、好ましくは３０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満、例えば１５μｍ以下などであってよい。対応する平均粒径Ｘ_５０は、２０μｍ未満、好ましくは１５μｍ未満、より好ましくは１０μｍ以下、例えば５μｍ以下などであってよい。粒径Ｘ_９９は、本質的に少なくとも１μｍであってよい。粒径が１μｍ未満である場合、均一な粉末混合物を得ることが困難である可能性がある。５０μｍ超の粒径は、機械加工性及び機械的特性に負の影響を及ぼす可能性がある。

本発明の機械加工性改善添加剤の機械加工性改善効果は、機械加工される部品がマルテンサイト構造、又はマルテンサイト構造を含む不均一構造を有する場合に特に顕著でありうる。

鉄をベースとした粉末組成物
粉末の種類
この新規な機械加工性改善粉末は、鉄を含む本質的にいかなる粉末組成物にも用いることができる。したがって、鉄をベースとした粉末は、噴霧鉄粉末、還元粉などの純粋鉄粉末であってよい。また、部分的に合金化された鋼粉末と同様に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕなどの合金化元素を含むプレアロイ化粉末（ｐｒｅ−ａｌｌｏｙｅｄｐｏｗｄｅｒｓ）も用いることができる。もちろん、これらの粉末は、混合物で用いることができる。

機械加工性改善添加剤は、組成物中に粉末状で存在する。添加剤粉末粒子は、例えば、遊離粉末粒子として鉄をベースとした粉末と混合するか、又は例えば、結合剤により鉄をベースとした粉末粒子に結合させることができる。

他の添加剤
本発明による粉末組成物は、黒鉛、結合剤及び潤滑剤などの他の添加剤、並びに他の従来の機械加工性改善剤も含んでいてよい。潤滑剤は、０．０５〜２重量％、好ましくは０．１〜１重量％で添加することができる。黒鉛は、０．０５〜２重量％、好ましくは０．１〜１重量％で添加することができる。

方法
本発明による部品の粉末冶金による製造は、従来の方法で、すなわち、次の方法により実施することができる：鉄をベースとした粉末、例えば、鉄又は鋼粉末をニッケル、銅、モリブデン及び場合により炭素などの任意の所望の合金化元素、並びに本発明による粉末状の機械加工性改善添加剤と混合することができる。合金化元素は、鉄をベースとした粉末へプレアロイ化され若しくは拡散合金化され、又は、混合合金化元素、拡散合金粉末若しくはプレアロイ粉末間の組合せとして添加することもできる。この粉末混合物は、圧縮成形の前に従来の潤滑剤、例えば、ステアリン酸亜鉛又はアミドワックスと混合してもよい。混合物中のより微細な粒子は、結合物質により鉄をベースとした粉末に結合させることができる。その後、粉末混合物をプレス工具で圧縮成形して、最終の形状に近い圧粉体（ｇｒｅｅｎｂｏｄｙ：未焼結体）として知られているものを得ることができる。圧縮成形は、一般的に４００〜１２００ＭＰａの圧力で行われる。圧縮成形後、圧縮成形体を１０００〜１３００℃の温度で焼結し、その最終強度、硬度、伸長等が与えられる。場合により、焼結部品をさらに熱処理することができる。

本発明を、以下の非限定的な実施例において例示する。

機械加工性向上剤
以下の物質を、本発明による機械加工性向上剤の例として用いた。

本質的に２０μｍ未満の粒径Ｘ_９９及び以下により酸化物重量％として表した化学組成を有する白雲母含有粉末：
ＳｉＯ_２４８．０
Ａｌ_２Ｏ_３３３．３
Ｋ_２Ｏ１０．１
ＦｅＯ２．８
ＭｇＯ０．３
強熱減量（ｌｏｓｓｏｎｉｇｎｉｔｉｏｎ）５．５

約１８μｍの平均粒径Ｘ_５０及び本質的に４５μｍ未満の粒径Ｘ_９９、並びに以下により酸化物重量％として表した化学組成を有する金雲母含有粉末：
ＳｉＯ_２３９．５
Ａｌ_２Ｏ_３１０．３
Ｋ_２Ｏ１２．８
ＦｅＯ１０．３
ＭｇＯ２２．７
ＣａＯ０．５
強熱減量３．０

本質的に２０μｍ未満の粒径Ｘ_９９及び以下により酸化物重量％として表した化学組成を有するスメクタイト群に属する鉱物を含む粉末：
ＳｉＯ_２６８．２
Ａｌ_２Ｏ_３１０．９
Ｋ_２Ｏ０．３
ＦｅＯ１．３
ＭｇＯ１７．０
ＣａＯ１．１
Ｎａ_２Ｏ１．２
強熱減量（強熱減量を測定せず、強熱減量を除外した場合に計算した化学分析）

本質的に１５μｍ未満の粒径Ｘ_９９及び以下により酸化物重量％として表した化学組成を有するカルシウムベントナイト含有粉末：
ＳｉＯ_２５５．１
Ａｌ_２Ｏ_３２３．３
Ｋ_２Ｏ２．９
ＦｅＯ１．６
ＭｇＯ２．９
ＣａＯ４．７
Ｎａ_２Ｏ１．９
強熱減量９．５

例１
（旋削操作により実施された、焼結されたままのＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
ベントナイト粉末を金属粉末、すなわちＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な水噴霧鉄粉末ＡＨＣ１００．２９と混合した。金属粉末は、２重量％の銅粉末、潤滑剤としての０．８％のエチレンビスステアラミド及び黒鉛０．８重量％とも混合した。

表１による金属粉末混合物を、ＩＳＯ３３２５に準拠した標準化ＴＲＳ棒及び５５ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２０ｍｍの高さを有するリングに、６．９ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。

ＴＲＳ棒及びリングを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で２０分間焼結した。試料の得られた微細構造は、パーライトであった。焼結ＴＲＳ棒は、ＩＳＯ３３２５に準拠した横破断強度（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌｒｕｐｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ）を決定するために用い、焼結リングは、表２でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。

機械加工性指数は、バイト（ｔｕｒｎｉｎｇｔｏｏｌ）上の逃げ面摩耗（ｆｌａｎｋｗｅａｒ：側面摩耗）、すなわち、インサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、炭化タングステンインサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の主軸速度と一定の送り（ｆｅｅｄ）でリングの外径に対して行った。

表１は、圧縮成形リングの機械的特性が添加ベントナイトによる影響をほとんど受けないことを示す。しかし、ベントナイトが添加されたリングについて、機械加工性の著しい改善が図２に示されている事実である。ベントナイトを含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、この添加剤を含まないリングと比較してほぼ５０％減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例２
（ドリル穴あけ操作により実施された、焼結されたままのＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
白雲母及び金雲母粉末を、０．５％のＭｏ、４％のＮｉ及び１．５％のＣｕと拡散合金化した純鉄であるＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な金属粉末ＤｉｓｔａｌｏｙＡＥと混合した。金属粉末は、潤滑剤である０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び０．５重量％の黒鉛とも混合した。

表３における材料混合物を、ＩＳＯ２７４０に準拠した標準化引張試験棒及び８０ｍｍの直径、１２ｍｍの高さを有するディスクに、７．１０ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。引張棒及びディスクを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で３０分間焼結した。試料の得られた微細構造は、フェライト、ニッケルに富むオーステナイト、パーライト、ベイナイト及びマルテンサイトを含む不均一なものであった。

ディスクは、表４でわかるように機械加工性指数を決定するためのドリル試験に用いた。この指数は、ドリルが完全に磨滅する前、すなわち、ドリルの完全な破損の前に機械加工することができる１本のドリル当たりの穴の数として定義される。ドリル穴あけは、直径φ３．５の高速度鋼ドリルを用いて、冷却剤を用いずに一定の速度と一定の送りで実施した。

表３は、白雲母及び金雲母の雲母粉末を添加する場合、機械的特性のわずかな偏差が認められることを示す。機械加工性は、表４に示すように金雲母により顕著に改善され、白雲母によりさらに並はずれて改善されている（すなわち、かなりより多くの穴をドリルであけることができた）。

例３
（旋削操作により実施された、焼結し、焼入れし、焼もどしたＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
ベントナイト粉末を、金属粉末、すなわちＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な水噴霧鉄粉末ＡＨＣ１００．２９と混合した。金属粉末は、２重量％の銅粉末、潤滑剤としての０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び黒鉛０．８重量％とも混合した。

表５による材料混合物を、５５ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２０ｍｍの高さを有するリングに、６．９ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。リングを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で２０分間焼結した。焼結後、リングを９８０℃で３０分間熱処理し、次いで、油中で焼入れした。油焼入れの直後に、リングを空気中にて２００℃に１時間で焼もどした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

リングは、表６でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。機械加工性指数は、バイト上の逃げ面摩耗、すなわちインサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、窒化ケイ素セラミックインサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の主軸速度と一定の送りでリングの外径に対して行った。

表５は、熱処理済みのリングの硬度が添加ベントナイトによる影響を受けないことを示す。しかし、機械加工性は、表６に示すようにベントナイトを用いる場合に著しく改善される。ベントナイトを含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、この添加剤を含まないリングと比較して５０％超減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例４
（旋削操作により実施された、焼結硬化ＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
ベントナイト粉末を、金属粉末、すなわち１．９％Ｎｉ及び０．５５％Ｍｏとプレアロイ化させたＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な水噴霧鋼粉末ＡｓｔａｌｏｙＡと混合した。金属粉末は、２重量％の銅粉末、潤滑剤としての０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び黒鉛０．８重量％とも混合した。

表７による材料混合物を、５５ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２０ｍｍの高さを有するリングに、６．９ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。リングを、生産炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で２０分間焼結硬化させ、冷却速度を２．２℃／秒とした。焼結硬化後、リングを空気中にて２００℃で３０分間焼きもどした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

リングは、表８でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。機械加工性指数は、バイト上のすくい面摩耗（ｆａｃｅｗｅａｒ）、すなわち、インサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、窒化ケイ素セラミックインサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の主軸速度と一定の送りでリングの外径に対して行った。

表７は、熱処理済みのリングの硬度が添加量のベントナイトによりわずかに硬くなっていることを示す。機械加工性は、表８に示すようにベントナイトを用いる場合に著しく改善される。ベントナイトを含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、この添加剤を含まないリングと比較して約６０％減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例５
（旋削操作により実施された、焼結硬化ＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
ベントナイト粉末を、金属粉末、すなわちＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な水噴霧鋼粉末ＡｓｔａｌｏｙＣｒＬ、１．５％Ｃｒ及び０．２％Ｍｏを有するプレアロイ化粉末と混合した。金属粉末は、２重量％の銅粉末、潤滑剤としての０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び黒鉛０．７５重量％とも混合した。

表９による混合物を、５５ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２０ｍｍの高さを有するリングに、６．９ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。リングを、生産炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で２０分間焼結硬化させ、冷却速度を２．２℃／秒とした。焼結硬化後、リングを空気中にて２００℃で３０分間焼きもどした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

リングは、表１０でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。機械加工性指数は、バイト上のすくい面摩耗、すなわち、インサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、窒化ケイ素セラミックインサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の主軸速度と一定の送りでリングの外径に対して行った。

表９は、熱処理済みのリングの硬度が添加量のベントナイトによりわずかに硬くなっていることを示す。機械加工性は、表１０に示すようにベントナイトを用いる場合に著しく改善される。ベントナイトを含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、この添加剤を含まないリングと比較して約７５％減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例６
（ドリル穴あけ操作により実施された、焼結硬化ＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
白雲母、金雲母及びスメクタイト粉末を、金属粉末、すなわち３％のＣｒ及び０．５％のＭｏとプレアロイ化した鉄であるＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な水噴霧鋼粉末ＡｓｔａｌｏｙＣｒＭと混合した。金属粉末は、潤滑剤である０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び０．５５重量％の黒鉛とも混合した。

表１１における材料混合物を、ＩＳＯ２７４０に準拠した標準化引張試験棒及び８０ｍｍの直径、１２ｍｍの高さを有するディスクに、７．１０ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。引張棒及びディスクを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で３０分間焼結硬化させ、冷却速度を２．２℃／秒とした。焼結硬化後、ＴＳ棒及びディスクを、空気中にて２００℃で３０分間焼きもどした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

ディスクは、表１２でわかるように機械加工性指数を決定するためのドリル試験に用いた。この指数は、臨界切削速度（ｃｒｉｔｉｃａｌｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄ）として定義される。ドリルが、ドリルの完全な破損なしに特定の切削速度で１つのディスク上の全量の穴（２１６個）を生じさせることができた場合、新たなドリルを、切削速度を増加させつつ用いて次の試験を実施すべきである。ドリル穴あけは、直径φ３．５の固体カーバイドドリルを用いて、冷却剤を用いずに一定の送りで実施した。

表１１は、白雲母、金雲母又はスメクタイトを添加する場合、機械的特性のいくつかのわずかな偏差が認められることを示す。機械加工性は、表１２に示すように白雲母、金雲母又はスメクタイトにより顕著に改善し、ドリルの破損なしに主軸速度の増加が可能である。

例７
（旋削操作により実施された、焼結硬化ＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
白雲母、金雲母及びスメクタイト粉末を、例６と同様に金属粉末、すなわち水噴霧鋼粉末ＡｓｔａｌｏｙＣｒＭと混合した。金属粉末は、潤滑剤である０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び０．５５重量％の黒鉛とも混合した。

表１３における混合物を、ＩＳＯ２７４０に準拠した標準化引張試験棒及び６４ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２５ｍｍの高さを有するリングに、７．１０ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。引張棒及びリングを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で３０分間焼結硬化させ、冷却速度を２．２℃／秒とした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

焼結硬化後、ＴＳ棒及びリングを空気中で２００℃で３０分間焼きもどした。リングは、表１４でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。機械加工性指数は、バイト上の逃げ面摩耗、すなわち、インサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、立方晶窒化ホウ素インサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の切削速度と一定の送りでリングの端面に対して行った。

表１３は、白雲母、金雲母又はスメクタイト粉末を加える場合、機械的特性のいくつかのわずかな偏差が認められることを示す。

機械加工性は、表１４に示すように白雲母、金雲母又はスメクタイトを用いることにより顕著に改善する。各種添加剤を含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、これらの添加剤を含まないリングと比較してかなり減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例８
（旋削操作により実施された、焼結硬化ＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
ベントナイト粉末を、例６と同様に金属粉末、すなわち水噴霧鋼粉末ＡｓｔａｌｏｙＣｒＭと混合した。金属粉末は、潤滑剤である０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び黒鉛０．６重量％とも混合した。

表１５による混合物を、５５ｍｍの外径、３５ｍｍの内径、２０ｍｍの高さを有するリングに、６．９ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。リングを、生産炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で２０分間焼結硬化させ、冷却速度を２．２℃／秒とした。焼結硬化後、リングを空気中にて２００℃で３０分間焼きもどした。得られた微細構造は、完全にマルテンサイトであった。

リングは、表１６でわかるように機械加工性指数を決定するための旋削試験に用いた。機械加工性指数は、バイト上の逃げ面摩耗、すなわち、インサートカッティングエッジから除去された物質として定義される。図１は、この摩耗をどのように測定するかを開示する。旋削は、窒化ケイ素セラミックインサートを用いて、冷却剤を用いずに一定の主軸速度と一定の送りでリングの外径に対して行った。

表１５は、熱処理済みのリングの硬度が添加量のベントナイトによりわずかに硬くなっていることを示す。機械加工性は、表１６に示すようにベントナイトを用いる場合に著しく改善される。ベントナイトを含むリングの機械加工性指数は、同じ切削距離について、この添加剤を含まないリングと比較して約７０％減少した（すなわち、インサートカッティングエッジの摩耗が減少した）。

例９
（ドリル穴あけ操作により実施された、焼結されたままのＰＭ材料に関する機械加工性の検討）
表１７でわかるように、異なる粒径分布を有する白雲母及び金雲母粉末を、方法ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＡｐｐ．ＩＳＯ１３３２０−１：１９９９に従ってレーザー回折装置（ＳｙｍｐａｔｅｃＧｍｂＨ）を用いて測定した。

白雲母及び金雲母粉末を、０．５％のＭｏ、４％のＮｉ及び１．５％のＣｕと拡散合金化した純鉄であるＨｏｇａｎａｓＡＢ（スウェーデン）から入手可能な金属粉末ＤｉｓｔａｌｏｙＡＥと混合した。金属粉末は、潤滑剤である０．８重量％のＥＢＳ（エチレンビスステアラミド）及び０．５重量％の黒鉛とも混合した。

表１８における材料混合物（重量パーセントとして表した）を、ＩＳＯ２７４０に準拠した標準化引張試験棒及び８０ｍｍの直径、１２ｍｍの高さを有するディスクに、７．１０ｇ／ｃｍ^３の圧粉体密度まで圧縮成形した。引張棒及びディスクを、実験用メッシュベルト炉で１０％水素及び９０％窒素の混合物中にて１１２０℃で３０分間焼結した。試料の得られた微細構造は、フェライト、ニッケルに富むオーステナイト、パーライト、ベイナイト及びマルテンサイトを含む不均一なものであった。

ディスクは、表１９でわかるように機械加工性指数を決定するためのドリル試験に用いた。この指数は、ドリルが完全に磨滅する前、すなわち、ドリルの完全な破損の前に機械加工することができる１本のドリル当たりの穴の数として定義される。ドリル穴あけは、直径φ３．５の高速度鋼ドリルを用いて、冷却剤を用いずに一定の速度と一定の送りで実施した。

機械加工性は、より粗い白雲母（Ｍ１）を除いて、表１９に示すように金雲母により改善され、白雲母によりさらにより大きく改善されている（すなわち、かなりより多くの穴をドリルであけることができた）。

相対的機械加工性指数をドリルの完全な破損の前のドリル穴の平均数とドリルの完全な破損の前の添加剤を含まない材料におけるドリル穴の平均数との比として定義することにより、図２でわかるように、機械加工性と白雲母の粒径分布（Ｘ_５０）との相関が明らかになる。

白雲母については粒径（Ｘ_５０）が減少するにつれて機械加工性に対する影響は著しく、機械加工性を増加させる効果が高くなるが、金雲母についてはより低い増加効果が認められ得る。

図２から明らかなように、平均粒径Ｘ_５０は、好都合には２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、特に５μｍ以下である。

例えば、白雲母について示した、添加した機械加工性剤の量は、表２０でわかるように、寸法変化、機械的特性及び硬度に対して影響を及ぼす。

本発明の諸態様は、以下のとおり要約される。
［１］．鉄をベースとした粉末に加えて、粉末状のより少ない量の機械加工性改善添加剤を含み、前記添加剤がフィロケイ酸塩からなる群からの少なくとも１つのケイ酸塩を含む、鉄をベースとした粉末組成物。
［２］．フィロケイ酸塩が、粘土鉱物からなる群から選択される、上記１項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［３］．粘土鉱物が、カオリナイト、スメクタイト及びベントナイトからなる群から選択される、上記２項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［４］．フィロケイ酸塩が、ベントナイトからなる群から選択される、上記３項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［５］．機械加工性改善添加剤の含量が、鉄をベースとした粉末組成物の重量で０．０５〜１％、好都合には０．０５〜０．５％、好ましくは０．０５〜０．３％、より好ましくは０．０５〜０．２％である、上記１から４項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［６］．フィロケイ酸塩が雲母からなる群から選択され、機械加工性改善添加剤の含量が、０．５重量％未満、好ましくは０．４重量％以下、例えば、０．３重量％以下、又は０．２重量％以下である、上記１項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［７］．フィロケイ酸塩が白雲母である、上記６項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［８］．機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が、５０μｍ未満、好ましくは３０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満である、上記１から７項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［９］．機械加工性改善添加剤の平均粒径Ｘ _５０が、２０μｍ未満、好ましくは１５μｍ未満、より好ましくは１０μｍ未満、最も好ましくは５μｍ未満である、上記１から８項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［１０］．フィロケイ酸塩が、５未満、好ましくは４未満のモース硬度を有する、上記１から９項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［１１］．フィロケイ酸塩がアルミニウムを含む、上記１から１０項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［１２］．鉄をベースとした粉末が、１０重量％未満の合金化元素を含む、上記１から１１項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
［１３］．鉄をベースとした粉末組成物における機械加工性改善添加剤に含まれるフィロケイ酸塩の使用。
［１４］．鉄をベースとした粉末を供給すること、及び
鉄をベースとした粉末を、少なくとも１つのフィロケイ酸塩を含む粉末状の機械加工性改善添加剤と混合すること
を含む、鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法。
［１５］．上記１から１２項までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物を調製すること、
鉄をベースとした粉末組成物を４００〜１２００ＭＰａの圧縮成形圧で圧縮成形すること、
圧縮成形部品を１０００〜１３００℃の温度で焼結すること、及び
場合により、焼結部品を熱処理することを含む、
改善された機械加工性を有する鉄をベースとした焼結部品を製造する方法。

Claims

鉄をベースとした粉末に加えて、粉末状の機械加工性改善添加剤を含む鉄をベースとした粉末組成物であって、
前記機械加工性改善添加剤が、白雲母であり、この白雲母の含量が、鉄をベースとした粉末組成物の０．５重量％未満であり、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満である、鉄をベースとした粉末組成物。
鉄をベースとした粉末に加えて、粉末状の機械加工性改善添加剤を含む鉄をベースとした粉末組成物であって、
前記機械加工性改善添加剤が、白雲母であり、この白雲母の含量が、鉄をベースとした粉末組成物の０．５重量％未満であり、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、鉄をベースとした粉末組成物。
鉄をベースとした粉末に加えて、粉末状の機械加工性改善添加剤を含む鉄をベースとした粉末組成物であって、
前記機械加工性改善添加剤が、ベントナイトであり、このベントナイトの含量が、鉄をベースとした粉末組成物の０．０５〜１重量％であり、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満である、鉄をベースとした粉末組成物。
鉄をベースとした粉末に加えて、粉末状の機械加工性改善添加剤を含む鉄をベースとした粉末組成物であって、
前記機械加工性改善添加剤が、ベントナイトであり、このベントナイトの含量が、鉄をベースとした粉末組成物の０．０５〜１重量％であり、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、鉄をベースとした粉末組成物。
機械加工性改善添加剤の含量が、鉄をベースとした粉末組成物の０．０５〜０．５重量％である、請求項１から４までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
鉄をベースとした粉末が、１０重量％未満の合金化元素を含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物。
鉄をベースとした粉末組成物における機械加工性改善添加剤としての、０．５重量％未満の含量での白雲母の使用であって、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満であり、及び／又は、前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、上記使用。
鉄をベースとした粉末組成物における機械加工性改善添加剤としての、１重量％未満の含量でのベントナイトの使用であって、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満であり、及び／又は、前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、上記使用。
鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法であって、
鉄をベースとした粉末を供給すること、及び
鉄をベースとした粉末を、鉄をベースとした粉末組成物の０．５重量％未満の含量の機械加工性改善添加剤としての白雲母と混合すること
を含む、鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法であって、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満であり、及び／又は、前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、上記方法。
鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法であって、
鉄をベースとした粉末を供給すること、及び
鉄をベースとした粉末を、鉄をベースとした粉末組成物の１重量％未満の含量の機械加工性改善添加剤としてのベントナイトと混合すること
を含む、鉄をベースとした粉末組成物を調製する方法であって、
前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _９９が５０μｍ未満であり、及び／又は、前記機械加工性改善添加剤の粒径Ｘ _５０が１５μｍ未満である、上記方法。
請求項１から６までのいずれか一項に記載の鉄をベースとした粉末組成物を調製すること、
鉄をベースとした粉末組成物を４００〜１２００ＭＰａの圧縮成形圧で圧縮成形すること、
圧縮成形部品を１０００〜１３００℃の温度で焼結すること、及び
場合により、焼結部品を熱処理することを含む、
改善された機械加工性を有する鉄をベースとした焼結部品を製造する方法。