JP6627856B2 - 粉末冶金用混合粉および焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)Si:0〜0.2質量%およびMn:0〜0.4質量%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である鉄基粉末、および
(b)Mo:0.3〜4.5質量%、Si:0〜0.2質量%およびMn:0〜0.4質量%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である合金鋼粉、
を含有し、
前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計に対する(b)合金鋼粉の比率が50〜90質量%であり、
前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計に対するMoの比率が0.20質量%以上、2.20質量%未満である、粉末冶金用混合粉。
3.さらに、
(c)Cu粉、および
(d)黒鉛粉、
を含有し、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(c)Cu粉の比率が0.5〜4.0質量%であり、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(d)黒鉛粉の比率が0.2〜1.0質量%である、
上記1または2に記載の粉末冶金用混合粉。
(e)潤滑剤
を含有し、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(e)潤滑剤の比率が0.2〜1.5質量%である、
上記3に記載の粉末冶金用混合粉。
上記鉄基粉末としては、Si:0〜0.2%およびMn:0〜0.4%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である鉄基金属粉末を使用する。前記鉄基粉末は、(b)合金鋼粉と混合することによってプレス成形時の圧縮性を確保する作用を有している。そのため、前記鉄基粉末はできるかぎり柔らかいことが望ましい。鉄基粉末中にFe以外の元素が含まれていると圧縮性低下の原因となるため、前記鉄基粉末としては、Feおよび不可避不純物からなる鉄粉(「純鉄粉」ともいう)を用いることが好ましい。
Siは、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、鉄基粉末におけるSi含有量が0.2%を超えると酸化物の生成が多くなり、圧縮性が低下するとともに、前記酸化物が焼結体での破壊の起点となって、疲労強度および靱性を低下させる。したがって、鉄基粉末のSi含有量は0.2%以下とする。一方、上述したように、圧縮性の観点からはSi含有量が低い方がよく、したがって、Si含有量は0%であってもよい。よって、鉄基粉末のSi含有量は0%以上とする。
Mnも、Siと同様、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、鉄基粉末におけるMn含有量が0.4%を超えると酸化物の生成が多くなり、圧縮性が低下するとともに、前記酸化物が焼結体での破壊の起点となって、疲労強度および靱性を低下させる。したがって、鉄基粉末のMn含有量は0.4%以下とする。一方、上述したように、圧縮性の観点からはMn含有量が低い方がよく、したがって、Mn含有量は0%であってよい。よって、鉄基粉末のMn含有量は0%以上とする。
上記合金鋼粉としては、Mo:0.3〜4.5%、Si:0〜0.2%およびMn:0〜0.4%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である合金鋼粉を使用する。前記合金鋼粉は、合金元素であるMoを供給する役割を有している。このMoを含有する(b)合金鋼粉と、Moを含まない(a)鉄基粉末とを混合して用いることにより、粉末の優れた圧縮性と、焼結体の高い機械的強度とを高い水準で両立させることができる。
先に述べたように、Moは酸化しにくく、Feと同程度に還元しやすいため、比較的容易にMoを含有する合金鋼粉を製造できる。Moは、焼入れ性向上効果によって焼入れ処理の際に母相を変態強化する作用に加えて、母相に分配して母相を固溶強化する作用、および母相中で微細炭化物を形成して母相を析出強化する作用を有している。また、Moは浸炭性が良く非粒界酸化元素であるため、浸炭強化する作用も有している。そのため、Moは強化元素として非常に有用である。
Siは、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、合金鋼粉におけるSi含有量が0.2%を超えると酸化物の生成が多くなり、圧縮性が低下するとともに、前記酸化物が焼結体での破壊の起点となって、疲労強度および靱性を低下させる。そのため、合金鋼粉のSi含有量は0.2%以下とする。一方、上述したように、圧縮性の観点からはSi含有量が低い方がよく、したがって、Si含有量は0%であってもよい。よって、合金鋼粉のSi含有量は0%以上とする。
Mnも、Siと同様、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、合金鋼粉におけるMn含有量が0.4%を超えると酸化物の生成が多くなり、圧縮性が低下するとともに、前記酸化物が焼結体での破壊の起点となって、疲労強度および靱性を低下させる。そのため、合金鋼粉のMn含有量は0.4%以下とする。一方、上述したように、圧縮性の観点からはMn含有量が低い方がよく、したがって、Mn含有量は0%であってよい。よって、合金鋼粉のMn含有量は0%以上とする。
(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計質量に対する(b)合金鋼粉の質量の比率(以下、単に「合金鋼粉の比率」という)は、50〜90%とする。合金鋼粉の比率が50%未満、すなわち鉄基粉末の比率が50%を超えると、焼結体内部で強度の低い鉄基粉末部分がつながり、焼結体が応力を受けたときに強度の低い部分を亀裂が進展し、破断に至りやすくなる。そのため、合金鋼粉の比率を50%以上とする。一方、合金鋼粉の比率が90%を超える、すなわち鉄基粉末の比率が10%未満になると、圧縮性に寄与する軟らかい部分が少なくなってしまうことになり、混合粉全体の圧縮性が不足する。したがって、合金鋼粉の比率を90%以下とする。さらに、前記合金鋼粉の比率が80%程度のときに焼結体の引張強さが最大になる傾向があることから、前記合金鋼粉の比率は70〜90%とすることが好ましい。
前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計質量に対するMoの質量の比率(以下、単に「Moの比率」という)が0.20%未満であると、Moが有する強化元素としての効果が不十分となる。そのため、Moの比率は0.20%以上とする。一方、Moの過度の添加は合金コストの上昇を招くため、Moの比率は2.20%未満とする。
Cuは、鉄基粉末の固溶強化および焼入れ性向上を促し、焼結体の強度を高める作用を有する元素である。Cu粉の添加量が0.5%未満では、前記作用を十分に得ることができないため、Cu粉の添加量を0.5%以上とする。Cu粉の添加量は1.0%以上とすることが好ましい。一方、Cu粉の添加量が4.0%を超えると、焼結部品の強度向上効果が飽和するばかりでなく、かえって焼結密度の低下を招く。そのため、Cu粉の添加量を4.0%以下とする。Cu粉の添加量は3.0%以下とすることが好ましい。なお、ここで「Cu粉の添加量」とは、(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計質量に対する(c)Cu粉の質量の比率とする。
黒鉛(グラファイト)は、強度を高めるために有効な成分である。黒鉛粉の添加量が0.2%未満では、前記効果を十分に得ることができない。そのため、黒鉛粉の添加量を0.2%以上とする。黒鉛粉の添加量は0.3%以上とすることが好ましい。一方、黒鉛粉の添加量が1.0%を超えると、過共析によるセメンタイトの析出量が増加して強度の低下を招く。そのため、黒鉛粉の添加量を1.0%以下とする。黒鉛粉の添加量は0.8%以下とすることが好ましい。なお、ここで「黒鉛粉の添加量」とは、(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計質量に対する(d)黒鉛粉の質量の比率とする。
潤滑剤の添加量が0.2%未満では、上記効果が表れにくい。そのため、潤滑剤の添加量を0.2%以上とする。潤滑剤の添加量は0.3%以上とすることが好ましい。一方、潤滑剤の添加量が1.5%を超えると、混合粉の中の非金属部分が増えて成形密度が上がりにくくなり、強度が低下する。そのため、潤滑剤の添加量を1.5%以下とする。潤滑剤の添加量は1.2%以下とすることが好ましい。なお、ここで「潤滑剤の添加量」とは、(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計質量に対する(e)潤滑剤の質量の比率とする。
SiおよびMnを、不可避不純物としてのみ含有する鉄基粉末および合金鋼粉を用いて粉末冶金用混合粉を製造し、その性能を評価した。具体的な手順は以下のとおりである。
粉末冶金用混合粉のそれぞれを用いて、試験片としてのプレス成形体を作成し、その密度を評価した。前記プレス成形体は、外径38mmφ×内径25mmφ×高さ10mmのリング状とし、成形圧力は686MPaとした。得られた成形体の重量を測定し、寸法から算出される体積で除することによって密度を求めた。結果は表2に示したとおりであった。
粉末冶金用混合粉のそれぞれから引張試験片としての焼結体を作成し、引張強さを測定した。前記引張試験片は、粉末冶金用混合粉を、幅5.8mm×高さ5mmの平行部を有する引張試験片に成形し、RXガス雰囲気で1130℃にて20分間の焼結処理を行って作製した。結果を表2に合わせて示した。
Mnを含有する鉄基粉末および合金鋼粉を用いた点以外は実施例1と同様の方法で粉末冶金用混合粉を製造し、その性能を評価した。使用した鉄基粉末および合金鋼粉の組成を表3に、各成分の配合割合と評価結果を表4に示す。
SiおよびMnを含有する鉄基粉末および合金鋼粉を用いた点以外は実施例1と同様の方法で粉末冶金用混合粉を製造し、その性能を評価した。使用した鉄基粉末および合金鋼粉の組成を表5に、各成分の配合割合と評価結果を表6に示す。
Claims (5)
- 粉末冶金用混合粉であって、
(a)Si:0〜0.2質量%およびMn:0〜0.4質量%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である鉄基粉末、および
(b)Mo:0.3〜4.5質量%およびMn:0〜0.4質量%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物である合金鋼粉、
を含有し、
前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計に対する(b)合金鋼粉の比率が50〜90質量%であり、
前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計に対するMoの比率が0.20質量%以上、2.20質量%未満である、粉末冶金用混合粉。 - 前記(a)鉄基粉末および(b)合金鋼粉の合計に対する(b)合金鋼粉の比率が70〜90質量%である、請求項1に記載の粉末冶金用混合粉。
- さらに、
(c)Cu粉、および
(d)黒鉛粉、
を含有し、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(c)Cu粉の比率が0.5〜4.0質量%であり、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(d)黒鉛粉の比率が0.2〜1.0質量%である、
請求項1または2に記載の粉末冶金用混合粉。 - さらに、
(e)潤滑剤
を含有し、
前記(a)鉄基粉末、(b)合金鋼粉、(c)Cu粉、および(d)黒鉛粉の合計に対する(e)潤滑剤の比率が0.2〜1.5質量%である、
請求項3に記載の粉末冶金用混合粉。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉末冶金用混合粉を成形し、焼結して焼結体とする、焼結体の製造方法であって、
前記粉末冶金用混合粉は、該粉末冶金用混合粉全体に対する前記鉄基粉末と前記合金鋼粉の合計質量比率が90%以上である、焼結体の製造方法。
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