JP6480265B2 - Mixed powder for iron-based powder metallurgy, method for producing the same, sintered body and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法並びにそれを用いて作製した焼結体及びその製造方法に関し、潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆した硫化カルシウム粉末又は半水硫酸カルシウム粉末を含む鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法並びにそれを用いて作製した焼結体及びその製造方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mixed powder for iron-based powder metallurgy, a method for producing the same, a sintered body produced using the same, and a method for producing the same, and a calcium sulfide powder or semi-water coated with one or both of a lubricant and a binder. The present invention relates to a mixed powder for iron-based powder metallurgy containing calcium sulfate powder, a method for producing the same, a sintered body produced using the powder, and a method for producing the same.

粉末冶金は、様々な機械部品の工業的生産方法として広く用いられている。鉄基粉末冶金の手順は、まず、鉄基粉末と、銅(Cu)粉末、ニッケル(Ni)粉末等の合金用粉末と、黒鉛粉と、潤滑剤とを混合することにより混合粉を準備する。次に、この混合粉を金型に充填してプレス成形し、焼結することにより焼結体を作製する。そして、この焼結体に対してドリル加工や旋削加工等の切削加工を施すことによって所望の形状の機械部品に整える。   Powder metallurgy is widely used as an industrial production method for various machine parts. The procedure for iron-based powder metallurgy is to first prepare a mixed powder by mixing an iron-based powder, an alloy powder such as a copper (Cu) powder, a nickel (Ni) powder, a graphite powder, and a lubricant. . Next, the mixed powder is filled in a mold, press-molded, and sintered to produce a sintered body. Then, a machine part having a desired shape is prepared by performing cutting such as drilling or turning on the sintered body.

粉末冶金の理想は、焼結体に切削加工を施すことなく、焼結体をそのまま機械部品として使用できるように加工することである。しかし、上記焼結によって原料粉末の不均一な収縮が生じることもあるし、近年では機械部品に要求される寸法精度が高く、部品形状が複雑化していることもある。このため、焼結体に切削加工を施すことは必須になりつつある。このような技術的背景から、焼結体を円滑に加工できるようにするために、焼結体に被削性を付与する技術が検討されている。   The ideal of powder metallurgy is to process the sintered body so that it can be used as a machine part without cutting the sintered body. However, the sintering may cause uneven shrinkage of the raw material powder, and in recent years, the dimensional accuracy required for mechanical parts is high, and the part shape may be complicated. For this reason, it is becoming essential to cut the sintered body. From such a technical background, a technique for imparting machinability to a sintered body has been studied so that the sintered body can be processed smoothly.

上記被削性を付与する手段として、硫化マンガン(MnS)粉末を混合粉に添加する手法がある。硫化マンガン粉末の添加は、ドリル穿孔等の比較的低速の切削加工には有効である。しかし、硫化マンガン粉末の添加は、近年の高速切削加工では必ずしも有効ではないこと、焼結体に汚れが発生すること、機械的強度が低下すること等の課題がある。   As means for imparting the machinability, there is a technique of adding manganese sulfide (MnS) powder to the mixed powder. The addition of manganese sulfide powder is effective for relatively low speed cutting such as drilling. However, the addition of manganese sulfide powder is not necessarily effective in recent high-speed cutting, and there are problems such as generation of dirt on the sintered body and reduction in mechanical strength.

このため、上記硫化マンガンを添加する以外の被削性を付与する方法を開示する文献として、例えば特許文献1には、鉄粉の所要量の炭素と銅を含有せしめた鉄系原料粉に対し、0.1〜1.0%の硫化カルシウム(CaS)と、0.1〜2%の炭素(C)と、0.5〜5.0%の銅(Cu)とを含有する焼結鋼が開示されている。   For this reason, as a document disclosing a method for imparting machinability other than adding the above-mentioned manganese sulfide, for example, Patent Document 1 discloses that iron-based raw material powder containing a necessary amount of iron powder and copper is contained. Sintered steel containing 0.1 to 1.0% calcium sulfide (CaS), 0.1 to 2% carbon (C), and 0.5 to 5.0% copper (Cu) Is disclosed.

特公昭52−16684号公報Japanese Patent Publication No. 52-16684

特許文献1に開示されるように硫化カルシウムを含有させることにより、機械部品の強度が大幅に低下すること、混合粉が経時変化して品質が安定しないこと等の課題がある。また、特許文献1に開示の焼結鋼を切削工具によって加工したところ、切屑が細かく分断されにくかった。このことから、特許文献1の開示では良好と評価されている切屑処理性も、現在の切屑処理性の要求を満たすほど優れているとは言い難い。   By including calcium sulfide as disclosed in Patent Document 1, there are problems such as a significant decrease in the strength of mechanical parts and a deterioration in quality due to the mixed powder changing over time. Moreover, when the sintered steel disclosed in Patent Document 1 was processed with a cutting tool, it was difficult for the chips to be finely divided. From this, it is difficult to say that the chip disposability evaluated as good in the disclosure of Patent Document 1 is excellent enough to satisfy the current chip disposability requirements.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安定した品質及び性能の焼結体を作製し得る鉄基粉末冶金用混合粉を提供することである。   This invention is made | formed in view of said subject, The place made into the objective is providing the mixed powder for iron-base powder metallurgy which can produce the sintered compact of the stable quality and performance.

上記目的を達成するため、本発明者は、特許文献1に開示の焼結体が、なぜ時間の経過とともに品質及び性能が低下するのかを調べ、この原因が、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウム(以下、これら2成分を「CaS成分」と記す)を含むことによるものであることを突き止めた。すなわち、本発明者はCaS成分が大気中の水分を吸収することで硫酸カルシウム二水和物(CaSO4・2H2O)に変化したり、CaS成分が硬化反応により凝集して63μm以上の粗粒を形成したりすることを見出した。これによりCaS成分が混合粉又は焼結体中で不均一に分散して焼結体の被削性を低下させたり、CaS成分に吸着した水分が焼結中に膨張して水蒸気となり、焼結体の強度を低下させたりすることが明らかとなった。 In order to achieve the above object, the present inventor investigated why the sintered body disclosed in Patent Document 1 deteriorates in quality and performance with the passage of time, and the cause thereof is calcium sulfide and calcium hemihydrate sulfate ( In the following, it was found that these two components were included as “CaS component”). That is, the present inventor changed the calcium sulfate component to calcium sulfate dihydrate (CaSO 4 .2H 2 O) by absorbing moisture in the atmosphere, or the CaS component aggregated by a curing reaction to cause a coarse particle size of 63 μm or more. It was found that grains were formed. As a result, the CaS component is dispersed unevenly in the mixed powder or the sintered body to reduce the machinability of the sintered body, or the moisture adsorbed on the CaS component expands during the sintering to become water vapor, which is sintered. It became clear that the strength of the body was lowered.

上記知見に基づいて、水分を吸水しにくいCaS成分の構成についてさらに鋭意検討することにより以下に示す本発明を完成した。   Based on the above findings, the present invention shown below was completed by further diligently examining the configuration of the CaS component that hardly absorbs water.

すなわち、本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、鉄基粉末と、無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末と、を含むものであって、前記CaS原料粉末は、潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されている。   That is, the iron-based powder metallurgy mixed powder of the present invention is selected from the group consisting of iron-based powder and anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium half-water sulfate. A CaS raw material powder containing one or more of the above, wherein the CaS raw material powder is coated with one or both of a lubricant and a binder.

硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムは吸湿性が高く、大気中の水分を吸水するため、大気中に一定期間保管すると質量が増加する。そこで、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムの表面を潤滑剤又はバインダで被覆することにより、これらの成分の吸湿性を抑制することができ、焼結体の各種性能を安定して高めることができる。   Calcium sulfide and calcium hemihydrate sulfate are highly hygroscopic and absorb moisture in the atmosphere, so that mass increases when stored in the atmosphere for a certain period. Therefore, by covering the surfaces of calcium sulfide and calcium hemihydrate sulfate with a lubricant or a binder, the hygroscopicity of these components can be suppressed, and various performances of the sintered body can be stably improved.

上記鉄基粉末冶金用混合粉は、Ca-Al-Si系酸化物及びCa-Mg-Si系酸化物からなる群より選択される1種以上の3元系酸化物をさらに含むことが好ましい。このような3元系酸化物を含むことにより、長時間切削における被削性を向上させることができる。   The mixed powder for iron-based powder metallurgy preferably further includes one or more ternary oxides selected from the group consisting of Ca—Al—Si oxides and Ca—Mg—Si oxides. By including such a ternary oxide, the machinability in long-time cutting can be improved.

上記鉄基粉末冶金用混合粉は、CaS原料粉末を、焼結した後のCaSの重量比が0.01重量%以上0.1重量%以下となるように含むことが好ましい。このような重量比でCaS原料粉末を含む鉄基粉末冶金用混合粉は、焼結後の焼結体の被削性に優れる。   The mixed powder for iron-based powder metallurgy preferably contains the CaS raw material powder so that the weight ratio of CaS after sintering is 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less. The iron-based powder metallurgy mixed powder containing the CaS raw material powder at such a weight ratio is excellent in machinability of the sintered body after sintering.

3元系酸化物と焼結した後のCaSとの重量比が3:7〜9:1となるように3元系酸化物及びCaS原料粉末を含むことが好ましい。このような重量比で3元系酸化物とCaS原料粉末とを含むことにより、長期間切削における被削性を向上させることができる。   It is preferable that the ternary oxide and the CaS raw material powder are included so that the weight ratio of the ternary oxide to CaS after sintering is 3: 7 to 9: 1. By including the ternary oxide and the CaS raw material powder at such a weight ratio, the machinability in long-term cutting can be improved.

CaS原料粉末は、体積平均粒子径が0.1μm以上60μm以下であることが好ましい。このような体積平均粒子径であることにより、焼結体の被削性を高めることができる。   The CaS raw material powder preferably has a volume average particle size of 0.1 μm or more and 60 μm or less. By having such a volume average particle diameter, the machinability of the sintered body can be enhanced.

本発明は、上記鉄基粉末冶金用混合粉を焼結することによって作製された焼結体である。上記鉄基粉末冶金用混合粉を用いて作製した焼結体は、安定して被削性等の諸特性に優れている。   The present invention is a sintered body produced by sintering the mixed powder for iron-based powder metallurgy. A sintered body produced using the above mixed powder for iron-based powder metallurgy is stably excellent in various properties such as machinability.

本発明の鉄基粉末冶金用混合粉の製造方法は、無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末を、潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆するステップと、被覆されたCaS原料粉末と、鉄基粉末とを混合するステップと、を含むことを特徴とする。このようにして作製された鉄基粉末冶金用混合粉は、CaS原料粉末が水分を吸水しにくいため、安定した性能を示す。   The method for producing a mixed powder for iron-based powder metallurgy according to the present invention is one selected from the group consisting of anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, dihydrated calcium sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate. It includes a step of coating the CaS raw material powder containing the above with either or both of a lubricant and a binder, and a step of mixing the coated CaS raw material powder with an iron-based powder. The mixed powder for iron-based powder metallurgy thus produced exhibits stable performance because the CaS raw material powder hardly absorbs moisture.

本発明の焼結体の製造方法は、上記製造方法によって作製された鉄基粉末冶金用混合粉を焼結することにより焼結体を得るステップを含み、焼結体は、0.01重量%以上0.1重量%以下の重量比のCaSを含む。   The method for producing a sintered body of the present invention includes a step of obtaining a sintered body by sintering the mixed powder for iron-based powder metallurgy produced by the above production method, and the sintered body is 0.01% by weight. The weight ratio of CaS is 0.1% by weight or less.

本発明によれば、安定した品質及び性能の焼結体を作製し得る鉄基粉末冶金用混合粉を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mixed powder for iron base powder metallurgy which can produce the sintered compact of the stable quality and performance can be provided.

以下、本発明の鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法を具体的に説明する。   Hereinafter, the mixed powder for iron-based powder metallurgy according to the present invention and the production method thereof will be described in detail.

<鉄基粉末冶金用混合粉>
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、鉄基粉末と、無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末とを混合してなる混合粉である。このCaS原料粉末は潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されていることを特徴とする。上記混合粉に、3元系酸化物、2元系酸化物、合金用粉末、黒鉛粉末、潤滑剤、バインダー等の各種添加剤を適宜添加してもよい。これら以外に、鉄基粉末冶金用混合粉の製造過程で微量の不可避不純物が含まれてもよい。本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、金型等に充填して成形した上で焼結することにより焼結体を得ることができる。このようにして作製された焼結体は、切削加工を施すことにより各種機械部品に使用することができる。この焼結体の用途及び製造方法は後述する。
<Mixed powder for iron-based powder metallurgy>
The mixed powder for iron-based powder metallurgy of the present invention is selected from the group consisting of iron-based powder and anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate. It is a mixed powder obtained by mixing a CaS raw material powder containing one or more kinds. This CaS raw material powder is characterized by being coated with either or both of a lubricant and a binder. Various additives such as a ternary oxide, a binary oxide, an alloy powder, a graphite powder, a lubricant, and a binder may be appropriately added to the mixed powder. In addition to these, a trace amount of inevitable impurities may be included in the production process of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. The mixed powder for iron-based powder metallurgy according to the present invention can be obtained by filling a metal mold or the like and molding it, followed by sintering. The sintered body produced in this way can be used for various machine parts by cutting. The use and manufacturing method of this sintered body will be described later.

<鉄基粉末>
鉄基粉末は、鉄基粉末冶金用混合粉を構成する主要構成成分であり、鉄基粉末冶金用混合粉全体に対し60重量%以上の重量比で含まれることが好ましい。なお、ここでの鉄基粉末の重量%は、鉄基粉末冶金用混合粉のうちの潤滑剤以外の総重量に占める割合を意味する。以下に各成分の重量%を規定する場合、その規定はいずれも潤滑剤を除く鉄基粉末冶金用混合粉の総重量に占める重量割合を意味するものとする。
<Iron-based powder>
The iron-based powder is a main component constituting the mixed powder for iron-based powder metallurgy, and is preferably contained in a weight ratio of 60% by weight or more with respect to the entire mixed powder for iron-based powder metallurgy. In addition, the weight% of iron-base powder here means the ratio for the total weight other than a lubricant among the mixed powder for iron-base powder metallurgy. In the following, when the weight percent of each component is defined, the definition means the weight ratio in the total weight of the iron-based powder metallurgy mixed powder excluding the lubricant.

上記鉄基粉末としては、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等の純鉄粉、部分拡散合金化鋼粉、完全合金化鋼粉、又は完全合金化鋼粉に合金成分を部分拡散させたハイブリッド鋼粉等を用いることができる。鉄基粉末の体積平均粒子径は50μm以上であることが好ましく、より好ましくは70μm以上である。鉄基粉末が50μm以上であると、ハンドリング性に優れる。また、鉄基粉末の体積平均粒子径は200μm以下であるのが好ましく、100μm以下がより好ましい。200μm以下であると、精密形状を成形しやすく、かつ十分な強度を得られる。   As the iron-based powder, atomized iron powder, pure iron powder such as reduced iron powder, partially diffusion alloyed steel powder, fully alloyed steel powder, or hybrid steel powder in which alloy components are partially diffused Etc. can be used. The volume average particle diameter of the iron-based powder is preferably 50 μm or more, more preferably 70 μm or more. When the iron-based powder is 50 μm or more, the handling property is excellent. The volume average particle size of the iron-based powder is preferably 200 μm or less, and more preferably 100 μm or less. When it is 200 μm or less, it is easy to form a precise shape and sufficient strength can be obtained.

<CaS原料粉末>
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末を含み、当該CaS原料粉末が潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されていることを特徴とする。このように潤滑剤及び/又はバインダで被覆されたCaS原料粉末を用いることにより、CaS原料粉末の吸水性を抑制することができ、以って焼結体の各種性能を安定して高めることができる。
<CaS raw material powder>
The mixed powder for iron-based powder metallurgy according to the present invention includes one or more selected from the group consisting of anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, dihydrated calcium sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate. CaS raw material powder is included, and the CaS raw material powder is covered with either or both of a lubricant and a binder. Thus, by using the CaS raw material powder coated with the lubricant and / or the binder, the water absorption of the CaS raw material powder can be suppressed, and thus various performances of the sintered body can be stably improved. it can.

従来は、焼結してCaSとなる原料として、硫化カルシウム(CaS)、二水石膏(CaSO4・2H2O)、無水III型の硫酸カルシウム(III型CaSO4)、半水石膏(CaSO4・1/2H2O)等を添加していた。しかし、これらの各成分は時間の経過とともに水分を吸水し、焼結体の被削性を低下させることがあった。また、焼結してCaSとなる原料に吸水された水分が、焼結中に膨張して水蒸気となって焼結体の密度を低下させたり、高温の水蒸気が焼結体内の鉄基粉末を酸化することによって焼結体の強度を低下させたりすることがあった。これに対し、本発明では上述のように潤滑剤又はバインダで被覆したCaS原料粉末を添加しているため、鉄基粉末冶金用混合粉に含まれた状態で一定期間保管してもCaS原料粉末が水分を吸水しにくい。かかる効果により、設計通りの焼結体の諸特性(焼結体密度、圧環強度、被削性等)を安定とすることが可能となる。しかも、上記の被覆したCaS原料粉末は、焼結後にCaSに変化して焼結体の被削性を高めることができる。 Conventionally, calcium sulfide (CaS), dihydrate gypsum (CaSO 4 .2H 2 O), anhydrous type III calcium sulfate (III type CaSO 4 ), hemihydrate gypsum (CaSO 4)・ 1 / 2H 2 O) and the like were added. However, each of these components absorbs moisture over time, and may reduce the machinability of the sintered body. In addition, the water absorbed in the raw material that is sintered and becomes CaS expands during the sintering to become water vapor, thereby reducing the density of the sintered body, or high-temperature water vapor causes the iron-based powder in the sintered body to be reduced. Oxidation sometimes reduces the strength of the sintered body. On the other hand, in the present invention, since the CaS raw material powder coated with the lubricant or the binder is added as described above, the CaS raw material powder is stored for a certain period in a state of being included in the mixed powder for iron-based powder metallurgy. Is difficult to absorb moisture. With such an effect, it becomes possible to stabilize various characteristics (sintered body density, crushing strength, machinability, etc.) of the sintered body as designed. In addition, the coated CaS raw material powder can be changed to CaS after sintering to enhance the machinability of the sintered body.

CaS原料粉末は、硫化カルシウム又は半水硫酸カルシウムのいずれか一方若しくは両方を主成分として含むことが好ましく、二水硫酸カルシウム(CaSO4・2H2O)、無水II型の硫酸カルシウム(II型CaSO4)、無水III型の硫酸カルシウム(III型CaSO4)等を含んでいてもよい。 The CaS raw material powder preferably contains one or both of calcium sulfide and calcium hemihydrate sulfate as a main component, calcium dihydrate sulfate (CaSO 4 .2H 2 O), anhydrous type II calcium sulfate (type II CaSO) 4 ), anhydrous type III calcium sulfate (type III CaSO 4 ), and the like.

ここで、「CaS原料粉末が潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されている」とは、CaS原料粉末の表面全面が潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されている態様はもちろん、部分的に被覆されている態様をも含む。CaS原料粉末の表面を被覆する潤滑剤又はバインダの厚みは、無水III型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムが外部の大気と接触しない厚みであれば特に限定されない。上記厚みはCaS原料粉末の表面で均一であることが好ましいが、部分的に厚い部分や薄い部分があってもよい。   Here, “CaS raw material powder is covered with either or both of lubricant and binder” means that the entire surface of CaS raw material powder is covered with either or both of lubricant and binder. Of course, a partially coated embodiment is also included. The thickness of the lubricant or binder that coats the surface of the CaS raw material powder is not particularly limited as long as anhydrous type III calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium halfhydrate sulfate do not come into contact with the outside air. The thickness is preferably uniform on the surface of the CaS raw material powder, but may be partially thick or thin.

上記潤滑剤の添加量は適宜設定することができ、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、0.1重量%以上1.5重量%以下であることが好ましい。また、バインダの添加量は適宜設定することができ、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、0.02重量%以上0.5重量%以下であることが好ましい。潤滑剤及びバインダを過剰に添加すると、プレス成型時の圧縮性が低下して密度が低下することがある。逆に潤滑剤及びバインダの添加が過少であると、上記CaS原料粉末が外部の大気と接触しやすくなるか、又はプレス成形時に金型から離型しにくくなり、金型を損傷させる可能性がある。   The addition amount of the lubricant can be appropriately set, and is preferably 0.1% by weight or more and 1.5% by weight or less based on the weight of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. Moreover, the addition amount of a binder can be set suitably and it is preferable that they are 0.02 weight% or more and 0.5 weight% or less with respect to the weight of the mixed powder for iron-base powder metallurgy. If an excessive amount of lubricant and binder is added, the compressibility during press molding may be reduced, and the density may be reduced. On the contrary, if the addition of the lubricant and the binder is too small, the CaS raw material powder is likely to come into contact with the outside air, or it is difficult to release from the mold during press molding, and the mold may be damaged. is there.

上記潤滑剤による被覆は、CaS原料粉末を、混合容器中で潤滑剤とともに混合して加熱することにより、予め被覆したCaS原料粉末を準備してもよい。あるいは、潤滑剤を鉄基粉末冶金用混合粉を構成する潤滑剤以外の各粉末とともに混合容器に充填し、加熱しながら混合した後に室温まで冷却するホットメルト法を用いてもよい。この場合は、鉄基粉末冶金用混合粉を構成する各粉末がそれぞれ潤滑剤によって被覆されることになる。さらに別の被覆方法として、鉄基粉末冶金用混合粉を構成する各粉末のうち潤滑剤を除く全粉末を混合容器に充填し、当該混合容器にバインダを溶媒に溶解させたバインダ溶液を添加して混合した後に、溶媒を揮発させ、最後に潤滑剤を添加することによってCaS原料粉末を潤滑剤及び/又はバインダによって被覆してもよい。この場合、各粉末がそれぞれ潤滑剤及び/又はバインダで被覆されることになる。この工程の詳細は後述する。   For coating with the lubricant, the CaS raw material powder coated in advance may be prepared by mixing and heating the CaS raw material powder together with the lubricant in a mixing container. Alternatively, a hot melt method may be used in which a lubricant is filled in a mixing container together with powders other than the lubricant constituting the iron-based powder metallurgy mixed powder, mixed while heating and then cooled to room temperature. In this case, each powder constituting the mixed powder for iron-based powder metallurgy is coated with a lubricant. Furthermore, as another coating method, all the powders constituting the mixed powder for iron-based powder metallurgy, excluding the lubricant, are filled into a mixing container, and a binder solution in which the binder is dissolved in a solvent is added to the mixing container. After mixing, the CaS raw material powder may be covered with a lubricant and / or a binder by volatilizing the solvent and finally adding a lubricant. In this case, each powder is coated with a lubricant and / or a binder. Details of this step will be described later.

CaS原料粉末は、焼結後のCaSの重量比が0.01重量%以上0.1重量%以下となるように鉄基粉末冶金用混合粉に含まれることが好ましい。CaS原料粉末は、より好ましくは焼結後のCaSの重量比が0.02重量%以上であり、さらに好ましくは焼結後のCaSの重量比が0.03重量%以上である。このような重量比でCaSを含む焼結体は被削性に特に優れる。一方、CaS原料粉末は、焼結後のCaSの重量比が0.09重量%以下、より好ましくは0.08重量%以下となるように含まれる。このような重量比でCaSを含むことにより、焼結体の強度を高めることができる。   The CaS raw material powder is preferably contained in the iron-based powder metallurgy mixed powder so that the weight ratio of CaS after sintering is 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less. More preferably, the CaS raw material powder has a weight ratio of CaS after sintering of 0.02% by weight or more, and more preferably a weight ratio of CaS after sintering of 0.03% by weight or more. A sintered body containing CaS at such a weight ratio is particularly excellent in machinability. On the other hand, the CaS raw material powder is contained so that the weight ratio of CaS after sintering is 0.09 wt% or less, more preferably 0.08 wt% or less. By including CaS at such a weight ratio, the strength of the sintered body can be increased.

ここで、「焼結後のCaSの重量比」とは、鉄基粉末冶金用混合粉を焼結することによって得られた焼結体に占めるCaSの重量比を意味する。この焼結後の焼結体に含まれるCaSの重量比は、焼結前に含有されるCaS原料粉末の重量比によって調整することができる。   Here, “weight ratio of CaS after sintering” means the weight ratio of CaS in the sintered body obtained by sintering the mixed powder for iron-based powder metallurgy. The weight ratio of CaS contained in the sintered body after sintering can be adjusted by the weight ratio of the CaS raw material powder contained before sintering.

焼結体に含まれるCaSの重量比は、焼結体をドリル等で加工することにより試料片を採取し、当該試料片に含まれるCaの重量を定量分析して得られたCaの重量を、CaSの重量に換算することによって算出することができる。かかる換算は、Caの原子量(40.078)で除してCaSの分子量(72.143)を積算することによって行う。Caは焼結時に反応して消失することが殆どないため、Caの重量は焼結前後で変化せず、CaとSは1:1で結合しているからである。   The weight ratio of CaS contained in the sintered body is the weight of Ca obtained by taking a sample piece by processing the sintered body with a drill or the like and quantitatively analyzing the weight of Ca contained in the sample piece. It can be calculated by converting to the weight of CaS. This conversion is performed by integrating the molecular weight of CaS (72.143) by dividing by the atomic weight of Ca (40.078). This is because Ca hardly reacts and disappears during sintering, so the weight of Ca does not change before and after sintering, and Ca and S are combined at 1: 1.

CaS原料粉末の体積平均粒子径は、0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、さらに好ましくは1μm以上である。またCaS原料粉末の体積平均粒子径は60μm以下が好ましく、より好ましくは30μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下である。このような体積平均粒子径のCaS原料粉末は、市販のCaS原料粉末を公知の粉砕機にて粉砕して分級することにより得ることができる。また、無水II型の硫酸カルシウムからなるCaS原料粉末は、例えば半水石膏を350℃以上900℃以下に加熱して1時間以上10時間以下保持したものを粉砕して分級することにより得ることができる。CaS原料粉末の体積平均粒子径が小さいほど、CaS原料粉末の添加量を少量にしても焼結体の被削性を向上し得る。上記体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(日機装製マイクロトラック「MODEL9320−X100」)を用いて得られた粒度分布における積算値50%の粒度の値である。   The volume average particle diameter of the CaS raw material powder is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and further preferably 1 μm or more. Further, the volume average particle diameter of the CaS raw material powder is preferably 60 μm or less, more preferably 30 μm or less, and still more preferably 20 μm or less. The CaS raw material powder having such a volume average particle diameter can be obtained by pulverizing and classifying commercially available CaS raw material powder with a known pulverizer. The CaS raw material powder composed of anhydrous type II calcium sulfate can be obtained by, for example, heating hemihydrate gypsum to 350 ° C. or more and 900 ° C. or less and pulverizing and classifying what is held for 1 hour or more and 10 hours or less. it can. As the volume average particle diameter of the CaS raw material powder is smaller, the machinability of the sintered body can be improved even if the addition amount of the CaS raw material powder is small. The volume average particle size is a particle size value of an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (Nikkiso Microtrack “MODEL 9320-X100”).

<潤滑剤>
CaS原料粉末を被覆する潤滑剤は、無水III型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムの吸湿性を抑制するために添加される。当該潤滑剤は、金型内で鉄基粉末冶金用混合粉を圧縮して得た成形体を、金型から取り出しやすくする機能をも有する。つまり、鉄基粉末冶金用混合粉に潤滑剤を添加すると、金型から成形体を取り出すときの抜き圧を低減し、成形体の割れや金型の損傷を防止することができる。また、ホットメルト法を用いる場合、潤滑剤が鉄基粉末の表面に合金用粉末及び黒鉛粉末を付着させる機能を発揮し、鉄基混合粉末の偏析を防止することもできる。なお、CaS原料粉末を被覆する潤滑剤とは別に、鉄基粉末冶金用混合粉を作製する過程で潤滑剤を添加してもよいし、鉄基粉末冶金用混合粉を金型に充填するときに金型の表面に潤滑剤を塗布してもよい。
<Lubricant>
The lubricant that coats the CaS raw material powder is added to suppress the hygroscopicity of anhydrous type III calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate. The lubricant also has a function of making it easy to take out a molded body obtained by compressing the iron-based powder metallurgy mixed powder in the mold. That is, when a lubricant is added to the mixed powder for iron-based powder metallurgy, it is possible to reduce the drawing pressure when taking out the molded body from the mold, and to prevent cracking of the molded body and damage to the mold. Moreover, when using the hot melt method, the lubricant exhibits the function of attaching the alloy powder and the graphite powder to the surface of the iron-based powder, and can prevent segregation of the iron-based mixed powder. Apart from the lubricant that coats the CaS raw material powder, a lubricant may be added in the process of producing the iron-based powder metallurgy mixed powder, or when the iron-based powder metallurgy mixed powder is filled in the mold A lubricant may be applied to the surface of the mold.

潤滑剤は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、0.01重量%以上含まれることが好ましく、より好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.2重量%以上含まれることである。潤滑剤の含有量が0.01重量%以上であることにより、CaS原料粉末が外部の大気と接触することを抑制し、性能が安定する効果を得やすい。また潤滑剤は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、1.5重量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは1.2重量%以下、さらに好ましくは1.0重量%以下含まれることである。潤滑剤の含有量が1.5重量%以下であることにより、高密度な焼結体を得やすく、強度の高い焼結体を得ることができる。   The lubricant is preferably contained in an amount of 0.01% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, and further preferably 0.2% by weight or more based on the weight of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. It is. When the content of the lubricant is 0.01% by weight or more, the CaS raw material powder is prevented from coming into contact with the outside air, and the effect of stabilizing the performance is easily obtained. The lubricant is preferably contained in an amount of 1.5% by weight or less, more preferably 1.2% by weight or less, and further preferably 1.0% by weight or less based on the weight of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. That is. When the content of the lubricant is 1.5% by weight or less, it is easy to obtain a high-density sintered body and a high-strength sintered body can be obtained.

上記潤滑剤は、ワックス系潤滑剤を用いることが好ましく、鉄基粉末表面に合金用粉末、黒鉛粉末等を付着させる性能が良好であり、かつ鉄基混合粉末の偏析を軽減しやすいという観点から、アミド系潤滑剤を用いることがより好ましい。アミド系潤滑剤としては、ステアリン酸モノアミド、脂肪酸アミド、アミドワックス等が挙げられる。アミド系潤滑剤以外の潤滑剤として、炭化水素系ワックス及びステアリン酸亜鉛及び架橋(メタ)アクリル酸アルキルエステル樹脂からなる群より選択される1種以上を用いることができる。   The lubricant is preferably a wax-based lubricant, from the viewpoint of good performance of adhering alloy powder, graphite powder, etc. to the iron-based powder surface, and easily reducing segregation of the iron-based mixed powder. It is more preferable to use an amide-based lubricant. Examples of the amide-based lubricant include stearic acid monoamide, fatty acid amide, and amide wax. As the lubricant other than the amide lubricant, one or more selected from the group consisting of a hydrocarbon wax, zinc stearate, and a crosslinked (meth) acrylic acid alkyl ester resin can be used.

<バインダ>
CaS原料粉末を被覆するバインダは、無水III型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムの吸湿性を抑制し、かつ鉄基混合粉末の偏析を防止するために添加される。当該バインダは鉄基粉末表面に合金用粉末を付着させる機能も有する。なお、CaS原料粉末を被覆するバインダとは別に、鉄基粉末冶金用混合粉を作製する過程でバインダを添加してもよい。
<Binder>
The binder that coats the CaS raw material powder is added to suppress the hygroscopicity of anhydrous type III calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate, and to prevent segregation of the iron-based mixed powder. . The binder also has a function of attaching the alloy powder to the surface of the iron-based powder. In addition, you may add a binder in the process of producing the mixed powder for iron-base powder metallurgy separately from the binder which coat | covers CaS raw material powder.

CaS原料粉末をバインダで被覆する場合、トルエン等の有機溶媒にバインダを溶解させることにより有機溶媒にバインダを含有せしめた上で、当該有機溶液を、CaS原料粉末と混合し、有機溶媒を揮発させることにより、CaS原料粉末の表面にバインダを被覆することができる。   When coating the CaS raw material powder with a binder, the binder is dissolved in an organic solvent such as toluene so that the organic solvent contains the binder, and then the organic solution is mixed with the CaS raw material powder to volatilize the organic solvent. Thus, the surface of the CaS raw material powder can be coated with the binder.

バインダは、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブテン系重合体及びメタクリル酸系重合体からなる群より選択される1種以上を用いることがより好ましい。ブテン系重合体としては、ブテンのみからなる1−ブテン単独重合体、又はブテンとアルケンの共重合体を用いることが好ましい。上記アルケンは低級アルケンが好ましく、好ましくはエチレン又はプロピレンである。メタクリル酸系重合体は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロへキシル、メタクリル酸エチルへキシル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸メチル及びアクリル酸エチルからなる群より選択される1種以上を用いることができる。   More preferably, the binder is at least one selected from the group consisting of styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butene-based polymers and methacrylic acid-based polymers. As the butene polymer, it is preferable to use a 1-butene homopolymer consisting of butene alone or a copolymer of butene and alkene. The alkene is preferably a lower alkene, preferably ethylene or propylene. The methacrylic acid polymer is selected from the group consisting of methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, ethyl hexyl methacrylate, lauryl methacrylate, methyl acrylate and ethyl acrylate 1 More than seeds can be used.

バインダは、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、0.01重量%以上含まれることが好ましく、より好ましくは0.05重量%以上含まれることである。バインダを0.01重量%以上含むことにより、無水III型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムの吸湿性を抑制することができる。またバインダは、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し0.5重量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.4重量%以下、さらに好ましくは0.3重量%以下含まれることである。バインダの含有量を0.5重量%以下とすることにより、プレス成型時に高密度を成形体を得やすくなる。   The binder is preferably contained in an amount of 0.01% by weight or more, more preferably 0.05% by weight or more based on the weight of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. By including 0.01% by weight or more of the binder, it is possible to suppress the hygroscopicity of anhydrous type III calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium half water sulfate. Further, the binder is preferably contained in an amount of 0.5% by weight or less, more preferably 0.4% by weight or less, and further preferably 0.3% by weight or less based on the weight of the mixed powder for iron-based powder metallurgy. is there. By setting the binder content to 0.5% by weight or less, it becomes easy to obtain a compact with a high density during press molding.

<3元系酸化物>
3元系酸化物は、焼結体を切削加工に長時間用いたときの被削性を向上させるために添加されてもよい。上記3元系酸化物は、CaS原料粉末の添加と相俟って焼結体の被削性を顕著に高め得る。ここで、3元系酸化物とは3種の元素の複合酸化物を意味し、具体的にはCa、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Mn、Fe及びZnからなる群より選択される3種の元素の複合酸化物を用いることが好ましく、より好ましくはCa-Al-Si系酸化物、Ca-Mg-Si系酸化物等である。Ca-Al-Si系酸化物としては、2CaO・Al23・SiO2等が挙げられる。Ca-Mg-Si系酸化物としては、2CaO・MgO・2SiO2等が挙げられる。中でも2CaO・Al23・SiO2を添加することが好ましい。上記2CaO・Al23・SiO2は、切削工具中または切削工具に施されたコーティングに含まれるTiO2と反応して、切削工具の表面に保護皮膜を形成し、切削工具の耐摩耗性を顕著に向上させることができる。
<Ternary oxide>
The ternary oxide may be added to improve machinability when the sintered body is used for cutting for a long time. The ternary oxide can significantly enhance the machinability of the sintered body in combination with the addition of the CaS raw material powder. Here, the ternary oxide means a composite oxide of three elements, specifically selected from the group consisting of Ca, Mg, Al, Si, Co, Ni, Ti, Mn, Fe and Zn. It is preferable to use a composite oxide of these three elements, more preferably a Ca—Al—Si oxide, a Ca—Mg—Si oxide, or the like. The Ca-Al-Si-based oxides, 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 or the like. Examples of the Ca—Mg—Si oxide include 2CaO · MgO · 2SiO 2 . Among these it is preferable to add 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2. The 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 reacts with TiO 2 contained in the coating applied in the cutting tool or cutting tool, forming a protective film on the surface of the cutting tool, wear resistance of the cutting tool Can be significantly improved.

3元系酸化物の形状は、特に制限されないが、球形又はそれが潰れた形状のもの、すなわち全体に丸みのある形状が好ましい。   The shape of the ternary oxide is not particularly limited, but a spherical shape or a shape in which it is crushed, that is, a shape having a round shape as a whole is preferable.

3元系酸化物の体積平均粒子径の下限は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。体積平均粒子径が小さいほど少量の添加で焼結体の被削性を向上できる傾向がある。また、3元系酸化物の体積平均粒子径の上限は15μm以下が好ましく、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは9μm以下である。体積平均粒子径が大きすぎると、焼結体の被削性を向上しにくくなる。3元系酸化物の体積平均粒子径は、上記CaS原料粉末と同様の測定方法で測定された値を採用する。   The lower limit of the volume average particle diameter of the ternary oxide is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and further preferably 1 μm or more. As the volume average particle size is smaller, there is a tendency that the machinability of the sintered body can be improved by adding a small amount. Further, the upper limit of the volume average particle diameter of the ternary oxide is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, and still more preferably 9 μm or less. When the volume average particle diameter is too large, it becomes difficult to improve the machinability of the sintered body. As the volume average particle diameter of the ternary oxide, a value measured by the same measurement method as that for the CaS raw material powder is adopted.

3元系酸化物の含有量の下限は0.01重量%以上含むことが好ましく、より好ましくは0.03重量%以上、さらに好ましくは0.05重量%以上含むことである。また、3元系酸化物の含有量の上限は0.25重量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.2重量%以下、さらに好ましくは0.15重量%以下である。このような重量割合で含むことにより、コストを抑制しつつ長期間の切削加工でも被削性に優れた焼結体を得ることができる。本発明のように、3元系酸化物をCaS原料粉末と組み合わせて用いることにより、3元系酸化物の添加量が少量でも長期間の切削加工における被削性を向上させることができる。   The lower limit of the content of the ternary oxide is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.03% by weight or more, and still more preferably 0.05% by weight or more. The upper limit of the content of the ternary oxide is preferably 0.25% by weight or less, more preferably 0.2% by weight or less, and still more preferably 0.15% by weight or less. By including in such a weight ratio, a sintered body excellent in machinability can be obtained even during long-term cutting while suppressing cost. By using the ternary oxide in combination with the CaS raw material powder as in the present invention, the machinability in long-term cutting can be improved even if the addition amount of the ternary oxide is small.

3元系酸化物と焼結後のCaSとの重量比は1:9〜9:1の割合で含まれることが好ましく、より好ましくは3:7〜9:1、さらに好ましくは4:6〜7:3である。このような重量比で両成分を含むことにより、焼結体の被削性を顕著に向上させることができる。   The weight ratio of the ternary oxide to the sintered CaS is preferably included in a ratio of 1: 9 to 9: 1, more preferably 3: 7 to 9: 1, and still more preferably 4: 6 to 7: 3. By including both components in such a weight ratio, the machinability of the sintered body can be significantly improved.

<2元系酸化物>
2元系酸化物は、焼結体を切削加工に用いたときの切削初期の被削性を向上させるために添加されてもよい。ここで、2元系酸化物とは2種の元素の複合酸化物を意味し、具体的にはCa、Mg、Al、Si、Co、Ni、Ti、Mn、Fe及びZnからなる群より選択される2種の元素の複合酸化物を用いることが好ましく、より好ましくはCa-Al系酸化物、Ca-Si系酸化物等である。Ca-Al系酸化物としては、CaO・Al23、12CaO・7Al23等が挙げられる。Ca-Si系酸化物としては、2CaO・SiO2等が挙げられる。
<Binary oxide>
The binary oxide may be added to improve the machinability at the initial cutting when the sintered body is used for cutting. Here, the binary oxide means a composite oxide of two elements, specifically selected from the group consisting of Ca, Mg, Al, Si, Co, Ni, Ti, Mn, Fe and Zn. It is preferable to use a composite oxide of two kinds of elements, more preferably a Ca—Al oxide, a Ca—Si oxide, and the like. Examples of the Ca—Al-based oxide include CaO · Al 2 O 3 and 12CaO · 7Al 2 O 3 . Examples of the Ca—Si-based oxide include 2CaO · SiO 2 .

2元系酸化物の形状、体積平均粒子径及びその測定方法並びに重量割合は、上記3元系酸化物のそれらと同様であることが好ましい。   It is preferable that the shape, volume average particle diameter, measurement method, and weight ratio of the binary oxide are the same as those of the ternary oxide.

<2元系酸化物及び3元系酸化物>
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、2元系酸化物及び3元系酸化物の両方を合計重量で0.02重量%以上0.3重量%以下含むことが好ましい。上記酸化物の合計重量は、0.05重量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.1重量%以上である。コストの観点からは、2元系酸化物及び3元系酸化物の重量割合は少ないほど好ましい。また、上記酸化物の合計重量は0.25重量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.2重量%以下である。酸化物の合計重量が0.25重量%以下であることにより、焼結体の圧環強度を十分に確保することができる。
<Binary oxide and ternary oxide>
The mixed powder for iron-based powder metallurgy of the present invention preferably contains 0.02 wt% or more and 0.3 wt% or less of both binary oxide and ternary oxide in terms of the total weight. The total weight of the oxides is preferably 0.05% by weight or more, and more preferably 0.1% by weight or more. From the viewpoint of cost, the smaller the weight ratio of the binary oxide and the ternary oxide, the better. The total weight of the oxides is preferably 0.25% by weight or less, more preferably 0.2% by weight or less. When the total weight of the oxides is 0.25% by weight or less, the crushing strength of the sintered body can be sufficiently ensured.

2元系酸化物と焼結後のCaSの重量比は1:9〜9:1の割合で含まれることが好ましく、より好ましくは3:6〜9:1、さらに好ましくは4:6〜7:3である。このような重量比で両成分を含むことにより、切削初期における被削性に優れた焼結体を作製し得る。   The weight ratio of the binary oxide and the sintered CaS is preferably included in a ratio of 1: 9 to 9: 1, more preferably 3: 6 to 9: 1, and still more preferably 4: 6 to 7. : 3. By including both components in such a weight ratio, a sintered body excellent in machinability at the initial stage of cutting can be produced.

<合金用粉末>
合金用粉末は、鉄基粉末同士の結合を促し、かつ焼結後の焼結体の強度を高めるために添加される。このような合金用粉末は、鉄基粉末冶金用混合粉全体に対して0.1重量%以上10重量%以下含まれることが好ましい。0.1重量%以上であることにより焼結体の強度を高めることができ、また10重量%以下であることにより焼結体の焼結時の寸法精度を確保することができる。
<Alloy powder>
The alloy powder is added to promote bonding between the iron-based powders and to increase the strength of the sintered body after sintering. Such an alloy powder is preferably contained in an amount of 0.1 wt% or more and 10 wt% or less with respect to the entire mixed powder for iron-based powder metallurgy. When the content is 0.1% by weight or more, the strength of the sintered body can be increased, and when the content is 10% by weight or less, dimensional accuracy during sintering of the sintered body can be ensured.

上記合金用粉末としては、銅(Cu)粉、ニッケル(Ni)粉、Mo粉、Cr粉、V粉、Si粉、Mn粉等の非鉄金属粉末、亜酸化銅粉末等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the alloy powder include non-ferrous metal powders such as copper (Cu) powder, nickel (Ni) powder, Mo powder, Cr powder, V powder, Si powder, and Mn powder, and cuprous oxide powder. You may use individually by 1 type and may use 2 or more types together.

<鉄基粉末冶金用混合粉の製造方法>
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、CaS原料粉末の表面を潤滑剤によって被覆した後に、当該被覆したCaS原料粉末と鉄基粉末とその他の成分の粉末とを機械撹拌式混合機で混合することにより作製してもよい。また、CaS原料粉末の表面を潤滑剤によって予め被覆せず、密閉容器内で全成分の粉末を加熱しながら混合し、潤滑剤により被覆するホットメルト法を用いて全成分の粉末の表面を潤滑剤で被覆してもよい。あるいは、鉄基粉末冶金用混合粉を構成する各粉末のうち潤滑剤を除く全粉末を密閉容器に添加し、密閉容器にバインダを溶解させた有機溶液を添加して混合した後に有機溶媒を揮発させて、最後に潤滑剤を添加して混合することにより、潤滑剤を除く全粉末の表面を潤滑剤及び/又はバインダで被覆してもよい。上記CaS原料粉末の体積平均粒子径は0.1μm以上60μm以下であることが好ましい。
<Method for producing mixed powder for iron-based powder metallurgy>
In the mixed powder for iron-based powder metallurgy of the present invention, the surface of the CaS raw material powder is coated with a lubricant, and then the coated CaS raw material powder, the iron-based powder, and the powders of other components are mixed with a mechanical stirring mixer. You may produce by doing. Also, the surface of the CaS raw material powder is not coated with a lubricant in advance, and all the component powders are mixed in a closed container while heating, and the surface of all the component powders is lubricated using a hot melt method in which the powder is coated with the lubricant. It may be coated with an agent. Alternatively, all the powders that make up the mixed powder for iron-based powder metallurgy, excluding the lubricant, are added to the sealed container, and the organic solvent in which the binder is dissolved is added to the sealed container and mixed, and then the organic solvent is volatilized. Finally, the surface of the entire powder excluding the lubricant may be coated with the lubricant and / or binder by adding and mixing the lubricant. The volume average particle size of the CaS raw material powder is preferably 0.1 μm or more and 60 μm or less.

ホットメルト法における加熱温度は、潤滑剤の融点によって最適温度が異なるため一律に規定することは困難であるが、例えば50℃以上150℃以下であることが好ましい。加熱温度が50℃以上であると、潤滑剤の流動性を高めやすい。加熱温度が150℃以下であると、混合粉作製の工程において、鉄基粉末の酸化を抑制することができ、しかも加熱に要するコストを低減することができる。   The heating temperature in the hot melt method is difficult to define uniformly because the optimum temperature differs depending on the melting point of the lubricant, but it is preferably, for example, 50 ° C. or more and 150 ° C. or less. When the heating temperature is 50 ° C. or higher, the fluidity of the lubricant is easily increased. When the heating temperature is 150 ° C. or lower, oxidation of the iron-based powder can be suppressed in the mixed powder production step, and the cost required for heating can be reduced.

加熱時間は、10分以上5時間以下であることが好ましい。加熱温度が高いほど加熱時間を短くすることができる。加熱時間が短い場合は、CaS原料粉末の表面全体を潤滑剤及び/又はバインダで被覆しにくくなる可能性がある。   The heating time is preferably 10 minutes or more and 5 hours or less. The higher the heating temperature, the shorter the heating time. When the heating time is short, it may be difficult to coat the entire surface of the CaS raw material powder with a lubricant and / or a binder.

本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、例えば機械撹拌式混合機を用いて、鉄基粉末と、上記で作製したCaS原料粉末とを混合することにより作製することができる。これらの粉末に加えて、3元系酸化物、合金用粉末、黒鉛粉末、2元系酸化物、バインダー、潤滑剤等の各種添加剤を適宜添加してもよい。上記機械撹拌式混合器としては、例えば、ハイスピードミキサー、ナウターミキサー、V型混合機、ダブルコーンブレンダー等が挙げられる。混合温度は、特に限定されないが、混合工程で鉄基粉末の酸化を抑制する観点から150℃以下が好ましい。   The mixed powder for iron-based powder metallurgy according to the present invention can be produced by mixing the iron-based powder and the CaS raw material powder produced above using, for example, a mechanical stirring mixer. In addition to these powders, various additives such as ternary oxides, alloy powders, graphite powders, binary oxides, binders, and lubricants may be added as appropriate. Examples of the mechanical stirring mixer include a high speed mixer, a nauter mixer, a V-type mixer, and a double cone blender. The mixing temperature is not particularly limited, but is preferably 150 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing oxidation of the iron-based powder in the mixing step.

<焼結体の製造方法>
上記で作製した鉄基粉末冶金用混合粉を金型に充填した後、300MPa以上1200MPa以下の圧力をかけることによって圧粉成形体を製造する。このときの成形温度は、25℃以上150℃以下であることが好ましい。
<Method for producing sintered body>
After the mixed powder for iron-based powder metallurgy prepared above is filled in a mold, a compacted body is manufactured by applying a pressure of 300 MPa to 1200 MPa. The molding temperature at this time is preferably 25 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

上記で作製した圧粉成形体を、通常の焼結方法によって焼結することにより焼結体を得ることができる。焼結条件は非酸化性雰囲気又は還元性雰囲気であればよいが、窒素雰囲気、窒素及び水素の混合雰囲気、炭化水素等の雰囲気下、1000℃以上1300℃以下の温度で5分以上60分以下の焼結を行なうことが好ましい。   A sintered compact can be obtained by sintering the compacting body produced above by a normal sintering method. The sintering condition may be a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, but in a nitrogen atmosphere, a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen, an atmosphere of hydrocarbon, etc., at a temperature of 1000 ° C. to 1300 ° C. for 5 minutes to 60 minutes. It is preferable to perform sintering.

<焼結体>
上記のようにして作製した焼結体は、0.01重量%以上0.1重量%以下のCaSを含むことが好ましい。焼結体中のCaSの上限は0.09重量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.08重量%以下である。また焼結体中のCaSの下限は0.02重量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.03重量%以上である。当該焼結体は、必要に応じて切削工具等の種々の工具類で加工することによって、自動車、農機具、電動工具、家電製品の機械部品として使用することができる。上記焼結体を加工する切削工具としては、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用切削工具、旋削加工用切削工具、リーマ、タップ等を挙げることができる。
<Sintered body>
The sintered body produced as described above preferably contains 0.01% by weight or more and 0.1% by weight or less of CaS. The upper limit of CaS in the sintered body is preferably 0.09% by weight or less, and more preferably 0.08% by weight or less. Moreover, it is preferable that the minimum of CaS in a sintered compact is 0.02 weight% or more, More preferably, it is 0.03 weight% or more. The said sintered compact can be used as a machine part of a motor vehicle, an agricultural tool, an electric tool, and household appliances by processing with various tools, such as a cutting tool, as needed. Examples of the cutting tool for processing the sintered body include a drill, an end mill, a milling cutting tool, a turning cutting tool, a reamer, and a tap.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
まず、市販の硫化カルシウム粉末を篩により分級して−63/+45μm(体積平均粒子径54μm)とした。分級した硫化カルシウム粉末を、焼結後のCaSの重量が0.5重量%となるような分量で密閉容器に入れた。この密閉容器に0.75重量%のアミド系潤滑剤(製品名:アクラワックスC(LONZA社製))を添加して、100℃に加熱しながら10分間混合することにより、硫化カルシウム粉末の表面にアミド系潤滑剤を被覆させた。
Example 1
First, commercially available calcium sulfide powder was classified with a sieve to obtain −63 / + 45 μm (volume average particle diameter 54 μm). The classified calcium sulfide powder was put in an airtight container in such an amount that the weight of CaS after sintering was 0.5% by weight. The surface of the calcium sulfide powder is obtained by adding 0.75% by weight of an amide-based lubricant (product name: Accra wax C (manufactured by LONZA)) to this sealed container and mixing for 10 minutes while heating to 100 ° C. Was coated with an amide-based lubricant.

次に、純鉄粉(製品名:アトメル300M(株式会社神戸製鋼所製))に対して、2重量%の銅粉末(製品名:CuATW−250(福田金属箔粉工業株式会社製))と、0.8重量%の黒鉛粉(製品名CPB(日本黒鉛工業株式会社製))と、上記で作製した潤滑剤で被覆した硫化カルシウム粉末と、を混合することにより鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。なお、上記黒鉛粉は、焼結後の炭素量が0.75重量%となるような分量を添加した。上記で被覆した硫化カルシウム粉末は、焼結後のCaSの重量が0.5重量%となるような分量を添加した。   Next, with respect to pure iron powder (product name: Atmel 300M (manufactured by Kobe Steel, Ltd.)), 2% by weight of copper powder (product name: CuATW-250 (manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry Co., Ltd.)) and , 0.8% by weight of graphite powder (product name CPB (manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.)) and calcium sulfide powder coated with the lubricant prepared above are mixed powder for iron-based powder metallurgy Was made. The graphite powder was added in an amount such that the amount of carbon after sintering was 0.75% by weight. The calcium sulfide powder coated above was added in an amount such that the weight of CaS after sintering was 0.5% by weight.

(実施例2)
実施例1では、硫化カルシウム粉末とアミド系潤滑剤(製品名:アクラワックスC(LONZA社製))とを密閉容器に入れて100℃に加熱したが、実施例2では、実施例1で用いた全成分の粉末を密閉容器に入れて、ホットメルト法を用いて100℃に加熱して30分間混合することにより全成分粉末の表面にアミド系潤滑剤を被覆した。その後、室温まで冷却することにより鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。
(Example 2)
In Example 1, calcium sulfide powder and an amide-based lubricant (product name: Accra Wax C (manufactured by LONZA)) were placed in a sealed container and heated to 100 ° C., but in Example 2, the same as in Example 1 was used. The powder of all components was put in a sealed container, heated to 100 ° C. using a hot melt method, and mixed for 30 minutes to coat the surface of the powder of all components with an amide-based lubricant. Then, the mixed powder for iron-base powder metallurgy was produced by cooling to room temperature.

(実施例3)
実施例2で用いたアミド系潤滑剤を、スチレン・ブタジエンゴムを含むトルエン溶液に代えて、トルエン揮発後のスチレン・ブタジエンゴムの重量が0.1重量%となるように添加し、その他の成分は実施例2と同一のものを混合した後に、トルエンを100℃で揮発させることにより、スチレン・ブタジエンゴムをCaS原料粒子の表面に被覆した。その後、実施例1で用いたアミド系潤滑剤を、実施例1で用いた分量と同量添加して混合することにより、実施例3の鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。
(Example 3)
In place of the toluene solution containing styrene / butadiene rubber, the amide-based lubricant used in Example 2 was added so that the weight of the styrene / butadiene rubber after volatilization of toluene was 0.1% by weight, and other components. After mixing the same as in Example 2, the surface of the CaS raw material particles was coated with styrene-butadiene rubber by volatilizing toluene at 100 ° C. Thereafter, the same amount of the amide-based lubricant used in Example 1 as that used in Example 1 was added and mixed to prepare a mixed powder for iron-based powder metallurgy of Example 3.

(比較例1〜3)
比較例1は、CaS原料粉末を添加しなかったことが異なる他は実施例1と同様にして鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。比較例2及び3は、表1の「CaS成分」の欄に示すCaS原料粉末を用いたが、潤滑剤及びバインダで被覆しなかったことが異なる他は実施例1と同様にして鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。
(Comparative Examples 1-3)
Comparative Example 1 produced a mixed powder for iron-based powder metallurgy in the same manner as in Example 1 except that the CaS raw material powder was not added. In Comparative Examples 2 and 3, the CaS raw material powder shown in the column of “CaS component” in Table 1 was used, but the iron-based powder was the same as in Example 1 except that it was not coated with a lubricant and a binder. A mixed powder for metallurgy was prepared.

上記各実施例及び各比較例の鉄基粉末冶金用混合粉を用いて2種の焼結体を作製した。1つは、作製直後の鉄基粉末冶金用混合粉を用いて焼結体(以下「直後焼結体」と記す)であり、もう1つは、作製から10日経過後の鉄基粉末冶金用混合粉を用いて焼結体(以下「10日後焼結体」と記す)である。   Two types of sintered bodies were prepared using the mixed powder for iron-based powder metallurgy of each of the above Examples and Comparative Examples. One is a sintered body (hereinafter referred to as “immediately sintered body”) using the mixed powder for iron-based powder metallurgy immediately after the production, and the other is for iron-based powder metallurgy after 10 days from the production. A sintered body using the mixed powder (hereinafter referred to as “sintered body after 10 days”).

直後焼結体の製造手順は、まず作製直後の鉄基粉末冶金用混合粉を金型に充填し、外径64mm、内径24mm、厚み20mmのリング形状で、成形密度が7.00g/cm3となるように試験片を成形した。次に、このリング形状の試験片を10体積%のH2-N2雰囲気下で1130℃で30分間焼結することにより焼結体を作製した。一方、10日後焼結体の作製手順は、鉄基粉末冶金用混合粉を作製してから10日間大気下に放置したものを金型に充填したことが異なる他は直後焼結体と同様にして焼結体を作製した。 Immediately after the production process of the sintered body, the mixed powder for iron-based powder metallurgy immediately after production was filled in a mold, and the ring shape was an outer diameter of 64 mm, an inner diameter of 24 mm, and a thickness of 20 mm, and the molding density was 7.00 g / cm 3. A test piece was molded so that Next, this ring-shaped test piece was sintered at 1130 ° C. for 30 minutes in a 10 volume% H 2 —N 2 atmosphere to produce a sintered body. On the other hand, the procedure for preparing the sintered body after 10 days was the same as that of the immediately after sintered body, except that the mold was filled with iron-based powder metallurgy mixed powder and left in the atmosphere for 10 days. Thus, a sintered body was produced.

Figure 0006480265
Figure 0006480265

<評価>
表1において、成形体密度、焼結体密度、圧環強度及び工具摩耗量の評価結果を「直後焼結体/10日後焼結体」として記した。かかる表記は、スラッシュを挟んで左側の値が直後焼結体の評価結果であり、スラッシュを挟んで右側の値が10日後焼結体の評価結果である。
<Evaluation>
In Table 1, the evaluation results of the green body density, the sintered body density, the crushing strength, and the tool wear amount are shown as “immediately sintered body / 10 days after sintered body”. In this notation, the value on the left side with the slash sandwiched is the evaluation result of the sintered body immediately after, and the value on the right side with the slash sandwiched is the evaluation result of the sintered body after 10 days.

各実施例及び各比較例の直後焼結体及び10日後焼結体の成形体密度及び焼結体密度は、日本粉末冶金工業会規格(JPMA M 01)に準じて測定した値を採用し、また圧環強度は、JIS Z 2507―2000に準じて測定した値を採用した。圧環強度が高いほど、焼結体が破壊されにくく、強度が高いことを示している。   Immediately after each example and each comparative example, the sintered body density and the sintered body density of the sintered body after 10 days employ values measured according to the Japan Powder Metallurgy Industry Association Standard (JPMA M 01), For the crushing strength, a value measured according to JIS Z 2507-2000 was adopted. It shows that the higher the crushing strength, the harder the sintered body is broken and the higher the strength.

各実施例及び各比較例で作製した焼結体を用いて、サーメットチップ(ISO型番:SNGN120408 ノンブレーカ)を使用して、周速160m/min、切込み0.5mm/pass、送り0.1mm/rev、乾式の条件で1150m旋削したときの、切削工具の工具摩耗量(μm)を工具顕微鏡により測定した。その結果を表1の「工具摩耗量」の欄に示している。なお、工具摩耗量の値が小さいほど焼結体の被削性が優れることを示している。   Using the sintered body produced in each example and each comparative example, using a cermet chip (ISO model number: SNGN120408 non-breaker), peripheral speed 160 m / min, cutting 0.5 mm / pass, feed 0.1 mm / The tool wear amount (μm) of the cutting tool when turning 1150 m under rev and dry conditions was measured with a tool microscope. The result is shown in the column of “Tool wear” in Table 1. In addition, it has shown that the machinability of a sintered compact is excellent, so that the value of tool wear amount is small.

表1に示す各実施例及び各比較例の結果から、各実施例のように潤滑剤又はバインダでCaS原料粉末を被覆することにより、直後焼結体及び10日後焼結体の各種特性(焼結体密度、圧環強度及び工具摩耗量)がほぼ同等になることがわかった。一方、比較例2及び3は、CaS成分としてCaS単体又は半水石膏を含むものであるが、表面に何ら被覆処理を施していないため、10日後焼結体の各種特性が直後焼結体のそれに比して著しく劣化していた。   From the results of each Example and each Comparative Example shown in Table 1, by coating the CaS raw material powder with a lubricant or a binder as in each Example, various properties (sintered) It was found that the density (condensation density, crushing strength, and tool wear amount) were almost equal. On the other hand, Comparative Examples 2 and 3 contain CaS alone or hemihydrate gypsum as the CaS component, but since the surface is not subjected to any coating treatment, the various properties of the sintered body after 10 days are comparable to those of the immediately sintered body. It was extremely deteriorated.

比較例2及び3において10日後焼結体の品質及び性能が劣化した原因は、鉄基粉末冶金用混合粉を10日間放置している間に、鉄基粉末冶金用混合粉中のCaS又は半水石膏が水分を吸水したことによるものと考えられる。つまり、比較例2及び3では、10日の大気下の保管中に鉄基粉末冶金用混合粉中のCaS単体又は半水石膏が水分を吸水したことにより、焼結体の密度が低下したり、圧環強度が低下したりしたものと考えられる。なお、比較例1は、CaS成分を含まないものであるため、直後焼結体も10日後焼結体も工具摩耗量が著しく高く、焼結体の被削性が顕著に低い。   The reason why the quality and performance of the sintered body deteriorated after 10 days in Comparative Examples 2 and 3 was that CaS in the iron-based powder metallurgy mixed powder or half-sintered while the iron-based powder metallurgy mixed powder was allowed to stand for 10 days. This is probably because the water gypsum absorbed water. In other words, in Comparative Examples 2 and 3, the density of the sintered body decreases due to the CaS simple substance or hemihydrate gypsum in the mixed powder for iron-based powder metallurgy absorbing water during storage in the atmosphere for 10 days. It is considered that the crushing strength has decreased. Since Comparative Example 1 does not contain a CaS component, both the immediately sintered body and the sintered body after 10 days have significantly high tool wear, and the machinability of the sintered body is significantly low.

表1に示す結果から、CaS原料粉末を潤滑剤又はバインダで被覆することにより、直後焼結体及び10日後焼結体の各種特性(焼結体密度、圧環強度及び工具摩耗量)がほぼ同等になり、焼結体の品質及び性能が安定していることが明らかとなり、本発明の効果が示された。   From the results shown in Table 1, by covering the CaS raw material powder with a lubricant or binder, various properties (sintered body density, crushing strength and tool wear amount) of the sintered body immediately after and the sintered body after 10 days are almost equal. It became clear that the quality and performance of the sintered body were stable, and the effect of the present invention was shown.

Claims (8)

鉄基粉末と、無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末と、を含む鉄基粉末冶金用混合粉であって、
前記CaS原料粉末は、潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆されている、鉄基粉末冶金用混合粉。
Including iron-based powder and anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide raw material powder containing one or more selected from the group consisting of calcium sulfide and hemihydrate calcium sulfate A mixed powder for iron-based powder metallurgy,
The CaS raw material powder is a mixed powder for iron-based powder metallurgy, which is coated with one or both of a lubricant and a binder.
Ca-Al-Si系酸化物及びCa-Mg-Si系酸化物からなる群より選択される1種以上の3元系酸化物をさらに含む請求項1に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。   The mixed powder for iron-based powder metallurgy according to claim 1, further comprising one or more ternary oxides selected from the group consisting of Ca-Al-Si oxides and Ca-Mg-Si oxides. 前記3元系酸化物と焼結した後のCaSとの質量比が3:7〜9:1となるように前記3元系酸化物及び前記CaS原料粉末を含む1又は2に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。   The iron group according to 1 or 2, comprising the ternary oxide and the CaS raw material powder so that a mass ratio of the ternary oxide to CaS after sintering is 3: 7 to 9: 1. Mixed powder for powder metallurgy. 前記CaS原料粉末を、焼結した後のCaSの質量比が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように含む1〜3のいずれか一項に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。   The iron-based powder metallurgical mixing according to any one of 1 to 3, which includes the CaS raw material powder so that the mass ratio of CaS after sintering is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less. powder. 前記CaS原料粉末は、体積平均粒子径が0.1μm以上60μm以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。   The mixed powder for iron-based powder metallurgy according to any one of claims 1 to 4, wherein the CaS raw material powder has a volume average particle diameter of 0.1 µm or more and 60 µm or less. 請求項1〜5のいずれかに記載の鉄基粉末冶金用混合粉を用いて、300MPa以上1200MPa以下の圧力で25℃以上150℃以下の成形温度で圧粉成形体とした後、当該圧粉成形体を、非酸化性雰囲気又は還元性雰囲気下、1000℃以上1300℃以下の温度で5分以上60分以下の焼結を行うことによって作製された焼結体。 Using the mixed powder for iron-based powder metallurgy according to any one of claims 1 to 5, after forming a green compact at a molding temperature of 25 ° C or more and 150 ° C or less at a pressure of 300MPa or more and 1200MPa or less, the powder compact A sintered body produced by sintering a molded body for 5 minutes to 60 minutes at a temperature of 1000 ° C. to 1300 ° C. in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere . 無水III型の硫酸カルシウム、無水II型の硫酸カルシウム、二水硫酸カルシウム、硫化カルシウム及び半水硫酸カルシウムからなる群より選択される1種以上を含むCaS原料粉末を、潤滑剤又はバインダのいずれか一方若しくは両方によって被覆するステップと、
前記被覆されたCaS原料粉末と、鉄基粉末とを混合するステップと、を含む鉄基粉末冶金用混合粉の製造方法。
CaS raw material powder containing at least one selected from the group consisting of anhydrous type III calcium sulfate, anhydrous type II calcium sulfate, calcium dihydrate sulfate, calcium sulfide, and calcium hemihydrate sulfate, either lubricant or binder Coating with one or both;
A method for producing a mixed powder for iron-based powder metallurgy, comprising the step of mixing the coated CaS raw material powder and an iron-based powder.
請求項7の製造方法によって作製された鉄基粉末冶金用混合粉を焼結することにより焼結体を得るステップを含み、
前記焼結体は、0.01質量%以上0.1質量%以下の質量比のCaSを含む、焼結体の製造方法。
A step of obtaining a sintered body by sintering the mixed powder for iron-based powder metallurgy produced by the production method of claim 7;
The said sintered compact is a manufacturing method of a sintered compact containing CaS of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less of mass ratio.
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