JP6149718B2 - 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 - Google Patents
鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6149718B2 JP6149718B2 JP2013259662A JP2013259662A JP6149718B2 JP 6149718 B2 JP6149718 B2 JP 6149718B2 JP 2013259662 A JP2013259662 A JP 2013259662A JP 2013259662 A JP2013259662 A JP 2013259662A JP 6149718 B2 JP6149718 B2 JP 6149718B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- iron
- powder
- sintered alloy
- based sintered
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
(1)本発明の鉄基焼結合金の製造方法は、鉄源粉末と炭素源粉末を少なくとも含む混合粉末を加圧成形した成形体を得る成形工程と、該成形体を加熱した焼結体を得る焼結工程と、を備える鉄基焼結合金の製造方法であって、前記炭素源粉末の少なくとも一種は、Cを5質量%(以下、単に「%」で表す。)以上含む鉄合金または鉄化合物からなる高炭素鉄系粉末であり、前記成形工程は、成形体密度:7g/cm 3 以上の成形体を得る工程であり、前記焼結工程は、前記成形体の加熱開始から焼結温度に至るまでの昇温速度を5℃/秒以上とする急速加熱過程を含むことを特徴とする。
(1)本発明は、上述した製造方法のみならず、それにより得られる鉄基焼結合金としても把握できる。
(1)本明細書でいう「鉄基焼結合金」はその形態を問わず、例えば、インゴット状、棒状、管状、板状等の素材であっても良いし、最終製品またはそれに近い部材(鉄基焼結部材)であっても良い。なお本明細書では、鉄基焼結合金が素材(バルク)であるか特定形状をした部材であるかを問わず、鉄基焼結合金を単に焼結体ともいう。
本発明に係る焼結体は、原料粉末を所望組成に配合した混合粉末の成形体を焼結させてなる。混合粉末は主に鉄源粉末と炭素源粉末からなるが、適宜、それら以外の改質粉末、内部潤滑剤等を含んでもよい。以下、各粉末について詳述する。
(1)本発明に係る炭素源粉末の少なくとも一部は、高炭素鉄系粉末からなる。高炭素鉄系粉末は、Cを5%以上、6%以上さらには6.5%以上含む鉄合金または鉄化合物からなる粒子(適宜、高炭素鉄系粒子という。)であると好ましい。C量が過少では、焼結体中のC量が不十分となり、また多くの高炭素鉄系粉末が必要となって不経済である。一方、そのC量の上限値は問わないが、C量が過多な粉末の製造は容易ではない。なお、ここでいうC量は、高炭素鉄系粉末全体(それを構成する鉄合金または鉄化合物からなる粒子全体)を100質量%としたときの割合である。
鉄源粉末は、純鉄粉または鉄合金粉の一種以上からなる。例えば、鉄源粉末は、純鉄粉と一種以上の鉄合金粉の混合粉末でもよいし、二種以上の鉄合金粉からなってもよい。鉄合金粉を構成する合金元素として、Cr、Mo、V、Mn、SiさらにはCなどがある。鉄源粉末の全体組成や構成は、鉄基焼結合金の所望組成に適したものであると好ましい。鉄源粉末の粒度は、250μm以下さらには200μm以下であると、焼結体の機械的特性の向上を図れて好ましい。焼結体となる混合粉末全体に対する鉄源粉末の割合は、例えば85質量%以上さらには90質量%以上であると、特性に優れた焼結体が比較的低コストで効率的に生産され得る。
焼結体となる混合粉末は、鉄源粉末および炭素源粉末以外に、適宜、改質粉末は含んでもよい。改質粉末は、Feを含有するものでも含有しないものでもよい。このような改質粉末として、例えば、FeとMnとSiの合金粉末(FeMS粉末)またはFeとMnとSiとCの合金粉末(FeMSC粉末)などがある。FeMS粉末またはFeMSC粉末は、Oとの親和力が高く酸化物生成自由エネルギーも低いため、焼結時にOゲッターとして機能し、焼結体の機械的特性(強度、靱性、延性等)の向上や寸法安定性の向上(焼結前後の寸法変化の抑制)に寄与し得る。なお、各粉末中には、当然ながら、コスト的または技術的に除去困難な不可避不純物が含まれる。
(1)成形工程
成形工程は、鉄源粉末と炭素源粉末を含む混合粉末を加圧成形して成形体を得る工程である。この際、得られる成形体の密度(ρ)や成形圧力は問わないが、敢えていうと、機械的特性に優れた焼結体を得るため、成形体密度は6.8g/cm3以上、7g/cm3以上さらには7.3g/cm3以上であると好ましい。成形圧力は、所望する成形体密度や混合粉末の組成または構成により適宜選択されるが、例えば、400〜1600MPaさらには600〜1200MPaの範囲内で調整され得る。なお、本発明の製造方法によれば、焼結工程中におけるCOガスの内部発生が大幅に抑制されるため、例えば、開気孔が殆どない高密度な成形体も急速加熱による短時間焼結が可能である。
焼結工程は、成形体を加熱して焼結体を得る工程である。この際、焼結炉を用いた従来の加熱方法を用いることもできるが、誘導加熱方法等を用いると、成形体の急速加熱・短時間焼結により焼結体の生産性向上や省エネルギー化を図ることができる。
本発明の鉄基焼結合金は、必須元素であるFeおよびC以外に、適宜、Cr、Mo、V、Mn、Siなど合金元素を一種以上含むと好ましい。この場合、例えば、全体を100%として、Cr:0.05〜2%さらには0.1〜1.5%、Mo:0.05〜1%さらには0.1〜0.5%、V、MnまたはSi:合計で0.05〜1%さらには0.1〜0.7%とするとよい。なお、鉄基焼結合金に係る組成は、ほぼそのまま混合粉末全体の組成としても把握できる。
本発明の鉄基焼結合金は、前述したように素材(バルク材)でもよいが、通常は、所望形状をした鉄基焼結部材であることが多い。このような鉄基焼結部材は、種々考えられるが、例えば、各種プーリー、変速機のシンクロハブ、エンジンのコンロッド、ハブスリーブ、スプロケット、リングギヤ、パーキングギヤ、ピニオンギヤ、サンギヤ、ドライブギヤ、ドリブンギヤ、リダクションギヤ等がある。なお、鉄基焼結部材は、その要求仕様に応じて、適宜、焼鈍、焼準、時効、調質(焼入れ、焼き戻し)、浸炭、窒化等の熱処理や種々の加工が施され得る。
個別に調製した表1に示す複数種の鉄合金粉と黒鉛(Gr)粉末(日本黒鉛社製JCPB、平均粒径:5μm)とを用意した。これらの粉末を表1に示す割合でそれぞれ配合した後、ボールミル式回転混合により高炭素混合粉末を調整した。なお、表1に示した配合組成は、高炭素混合粉末全体を100質量%(適宜、単に%で表す。)としたときの黒鉛粉末の割合であり、残部は鉄合金粉である。また、表1に示した各鉄合金粉の組成は、その鉄合金粉の全体を100質量%としたときの各合金元素の割合であり、その残部はFeである。さらに、各鉄合金粉の粒度も表1に併せて示した。本実施例でいう粒度も、前述したようにJIS Z 8801に準拠した篩分けにより特定される。
(1)原料粉末
原料粉末として、炭素源粉末である高炭素混合粉末および黒鉛粉末と、鉄源粉末である純鉄粉(ヘガネスAB社製ASC100.29、粒度:−212μm)および3種類の鉄合金粉とを用意した。用意した鉄合金粉は、Fe−0.5%Mo(ヘガネスコーポレーション社製、粒度:−212μm)、Fe−0.3%V−0.3%Mo(試作粉末、粒度:−180μm)、Fe−1.5%Cr−0.2%Mo(ヘガネスAB社製、粒度:−212μm)である。なお、純鉄粉および鉄合金粉は、水噴霧アトマイズ粉である。
各粉末を全体に対するC量が0.6%となるように配合した後、ボールミル式回転混合を30分間行い、均一な混合粉末を得た(混合工程)。
成形工程は、所望形状(φ14mm×12mm)に応じたキャビティを有する金型を用意して、金型潤滑温間加圧成形法により行った。成形温度(金型温度)は150℃とし、加熱した金型の内周面に高級脂肪酸系潤滑剤であるステアリン酸リチウム(LiSt)を塗布して行った。成形圧力は、成形体密度が7.0g/cm3または7.5g/cm3の成形体が得られるように400〜1050MPa内で調整した。なお、金型潤滑温間加圧成形法の詳細は特許3309970号公報の記載を参考にした。また成形体密度は、成形体の寸法と重量から算出した。
各成形体を高周波加熱装置(日鉄住金テクノロジー株式会社製サーメックマスタZ)を用いて加熱した。この際、昇温速度:2〜50℃/秒、焼結温度:800〜1250℃、各焼結温度で保持する時間(保持時間):10〜600秒の範囲で種々調整した。特に断らない場合は、昇温速度:50℃/秒、焼結温度:1200℃、保持時間:180秒(3分)とした。いずれの場合も保持時間経過後の降温速度(冷却速度)は100℃/分とした。なお、加熱雰囲気は、Arガス分圧:0.05Paの真空雰囲気(Arパーシャル雰囲気)とした。
(1)寸法変化
各試料に係る成形体と焼結体の直径(基準寸法:φ14mm)をそれぞれ測定することにより、焼結前後の寸法変化を求めた。こうして得られた結果は各表に併せて示した。
(1)高炭素鉄系粉末
表1に示した高炭素鉄系粉末の一部について、その構成粒子の断面(研磨面)を光学顕微鏡により観察して得られた金属組織写真を図1Aに示した。各写真中、白色部分はセメンタイト相であり、灰色部分はパーライト相である。図1Aから、高炭素鉄系粉末の構成粒子は、セメンタイト相(セメンタイト型鉄化合物)が主体であることがわかった。これは、高炭素混合粉末中の黒鉛粉末が6.7質量%以上の場合(P2粉末)でも同様であった。
表2に示す各試料の特性と、各試料の圧環強度(適宜、単に「強度」という。)を比較した図2A、各試料の破壊時の変位量(適宜、単に「変位量」または「延性」という。)を比較した図2Bおよび各試料の焼結前後の寸法変化(適宜、単に「寸法変化」という。)を比較した図2Cとから、昇温速度に関して次のことがわかる。
表3に示す各試料の特性と、それらの強度および延性をそれぞれグラフに示した図3Aおよび図3Bから、焼結温度に関して次のことがわかる。焼結温度(加熱温度)が900℃までは、炭素源粉末の相違が焼結体の強度または延性に及ぼす影響は少ない。しかし、焼結温度が950℃以上になると、炭素源粉末の相違が焼結体の強度または延性に顕著に影響している。つまり、黒鉛粉末を炭素源とした試料では、焼結温度を上昇させても強度や延性の向上はあまり望めない。一方、高炭素鉄系粉末を炭素源とした試料では、焼結温度の上昇に伴い、強度および延性が大幅に上昇して、機械的特性に非常に優れた焼結体(鉄基焼結合金)が得られることがわかった。
表4に示す各試料の特性と、それらの強度および延性をそれぞれグラフに示した図4Aおよび図4Bから、保持時間に関して次のことがわかる。黒鉛粉末を炭素源とした試料では、成形体を一定の加熱温度(焼結温度)に保持する時間(保持時間)を長くしても、強度や延性は緩やかにしか向上しない。一方、高炭素鉄系粉末を炭素源とした試料では、保持時間を僅か180秒(3分)程度とするだけで、十分な強度および延性の焼結体が得られることがわかる。その強度や延性は、従来の焼結炉でゆっくり加熱して保持時間を1800秒(30分)とした焼結体と同程度となることもわかった。ちなみに、高炭素鉄系粉末を炭素源とした試料では、緩慢加熱後に長時間保持して得られた焼結体(試料P46)でも、十分に高い強度および延性が発揮されることも確認された。
表5に示す各試料の特性と、それらの強度および延性をそれぞれ棒グラフで示した図5Aおよび図5Bから、高炭素鉄系粉末と黒鉛粉末の配合割合に関して次のことがわかる。急速加熱・短時間焼結を行う場合、高炭素鉄系粉末の割合が多いと、黒鉛粉末を併用した場合でも、強度および延性に優れた焼結体が得られることがわかった。具体的には、炭素源粉末の1/4程度(50%以下、40%以下さらには30%以下)を黒鉛粉末としても、残部が高炭素鉄系粉末であれば、急速加熱・短時間焼結により十分に高強度・高延性な焼結体が得られることもわかった。
表6に示す各試料の特性と、それらの強度を棒グラフで示した図6Aおよび図6Bから、鉄源粉末の組成に関して次のことがわかる。鉄源粉末が純鉄粉でも鉄合金粉でも、上述した場合と同様に、高炭素鉄系粉末を用いた試料の方が黒鉛粉末を用いた試料よりも優れた強度や延性を発揮した。そして、このような傾向は成形体密度が高いほど顕著であった。なお、いずれの試料でも合金元素(Mo、V、Cr等)の合計量が増加するほど、高強度、高延性となることも確認された。
表7に示す各試料の特性と、それらの強度を棒グラフで示した図7Aおよび図7Bから、高炭素鉄系粉末の組成に関して次のことがわかる。高炭素鉄系粉末の組成が変化しても、いずれの試料も優れた強度や延性を発揮した。このような傾向は成形体密度が高いほど顕著であった。
Claims (13)
- 鉄源粉末と炭素源粉末を少なくとも含む混合粉末を加圧成形した成形体を得る成形工程と、
該成形体を加熱した焼結体を得る焼結工程と、
を備える鉄基焼結合金の製造方法であって、
前記炭素源粉末の少なくとも一種は、Cを5質量%(以下、単に「%」で表す。)以上含む鉄合金または鉄化合物からなる高炭素鉄系粉末であり、
前記成形工程は、成形体密度:7g/cm 3 以上の成形体を得る工程であり、
前記焼結工程は、前記成形体の加熱開始から焼結温度に至るまでの昇温速度を5℃/秒以上とする急速加熱過程を含むことを特徴とする鉄基焼結合金の製造方法。 - 前記高炭素鉄系粉末は、セメンタイト型鉄化合物を有する粒子からなる請求項1に記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記高炭素鉄系粉末は、該粉末全体を100%として、下記成分の一種以上を含む請求項1または2に記載の鉄基焼結合金の製造方法。
Cr:0.5〜5%、
Mo:0.1〜2%、
Mn:0.05〜1% - 前記高炭素鉄系粉末は、粒度:75μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記炭素源粉末は、さらに、黒鉛粉末を含む請求項1〜4のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記混合粉末は、該混合粉末全体を100%として、下記成分の一種以上を含む請求項1〜5のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
Cr:0.05〜2%、
Mo:0.05〜1%、
V、MnまたはSi:合計で0.05〜1% - 前記混合粉末は、内部潤滑剤を含まない請求項1〜6のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記成形工程は、成形体密度:7.3g/cm3以上の成形体を得る工程である請求項1〜7のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記成形工程は、成形圧力が600〜1600MPaである請求項1〜8のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記急速加熱過程は、誘導加熱によりなされる請求項1〜9のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記焼結工程は、焼結温度が1050℃〜1350℃であり、該焼結温度の保持時間が1〜20分間である請求項1〜10のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 前記焼結工程は、加熱開始から加熱終了までの合計時間が1〜30分間である請求項1〜11のいずれかに記載の鉄基焼結合金の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の製造方法により得られることを特徴とする鉄基焼結合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013259662A JP6149718B2 (ja) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013259662A JP6149718B2 (ja) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015117391A JP2015117391A (ja) | 2015-06-25 |
JP6149718B2 true JP6149718B2 (ja) | 2017-06-21 |
Family
ID=53530410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013259662A Expired - Fee Related JP6149718B2 (ja) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6149718B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102166464B1 (ko) * | 2016-11-30 | 2020-10-16 | 주식회사 엘지화학 | 금속폼의 제조 방법 |
US11623275B2 (en) | 2018-05-23 | 2023-04-11 | Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. | Method for producing sintered member, and sintered member |
JP6997934B2 (ja) * | 2018-05-23 | 2022-02-04 | 住友電工焼結合金株式会社 | 試験焼結体の製造方法、及び圧粉成形体の成形条件の決定方法 |
DE112019007258T5 (de) * | 2019-04-24 | 2022-01-13 | Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. | Fertigungssystem und Herstellungsverfahren für ein Sinterprodukt |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62146204A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-30 | Toyota Motor Corp | 鉄−炭素粉末とその製造方法 |
JP2002274829A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-25 | Daido Steel Co Ltd | セメンタイトまたはセメンタイト系化合物とその製造方法 |
JP2005113232A (ja) * | 2003-10-09 | 2005-04-28 | Toyo Glass Kikai Kk | 炭素固溶鉄材料とその製造方法、金型とその製造方法 |
-
2013
- 2013-12-16 JP JP2013259662A patent/JP6149718B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015117391A (ja) | 2015-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4440163B2 (ja) | 鉄基焼結合金およびその製造方法 | |
JP5671526B2 (ja) | 高強度低合金焼結鋼 | |
JP5147184B2 (ja) | 鉄基焼結合金およびその製造方法 | |
JP5535576B2 (ja) | 鉄基焼結合金およびその製造方法並びに鉄基焼結合金部材 | |
CA2922018C (en) | Alloy steel powder for powder metallurgy and method of producing iron-based sintered body | |
JP5113555B2 (ja) | 鉄基焼結合金およびその製造方法 | |
WO2014196123A1 (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉および鉄基焼結体の製造方法 | |
JP6688287B2 (ja) | プレアロイ鉄基粉末、プレアロイ鉄基粉末を含有する鉄基粉末混合物、及び鉄基粉末混合物からプレス成形および焼結した部品を製造する方法 | |
JP5999285B1 (ja) | 粉末冶金用鉄基合金粉末および焼結鍛造部材 | |
JP6149718B2 (ja) | 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末 | |
JP2015108195A (ja) | 低合金鋼粉体 | |
JP6515955B2 (ja) | 粉末冶金用混合粉末および鉄基焼結体の製造方法 | |
JP6271310B2 (ja) | 鉄基焼結材およびその製造方法 | |
JP6645631B1 (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉および粉末冶金用鉄基混合粉末 | |
JPWO2018142778A1 (ja) | 粉末冶金用混合粉、焼結体、および焼結体の製造方法 | |
JP5786755B2 (ja) | 鉄系焼結材料の製造方法 | |
JP6743720B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉末およびその製造方法ならびに引張強さと耐衝撃性に優れた焼結体 | |
KR102533137B1 (ko) | 분말 야금용 철기 혼합 분말 및 철기 소결체 | |
JP5923023B2 (ja) | 粉末冶金用混合粉末、および焼結材料の製造方法 | |
US11850662B1 (en) | High strength part having powder metal internal ring | |
WO2018143088A1 (ja) | 粉末冶金用混合粉、焼結体、および焼結体の製造方法 | |
JP2009173958A (ja) | 粉末冶金用混合粉末およびその製造方法 | |
WO2023157386A1 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉および鉄基焼結体 | |
JP2018123423A (ja) | 粉末冶金用混合粉、焼結体、および焼結体の製造方法 | |
JP2000054001A (ja) | 高強度鉄基焼結合金製造用原料粉末 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160229 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20160229 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160229 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161220 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170116 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170508 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6149718 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |