JP7060101B2 - 粉末冶金用合金鋼粉、粉末冶金用鉄基混合粉及び焼結体 - Google Patents

粉末冶金用合金鋼粉、粉末冶金用鉄基混合粉及び焼結体 Download PDF

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Description

本発明は、粉末冶金用合金鋼粉、粉末冶金用鉄基混合粉及び焼結体に関する。
粉末冶金技術によれば、複雑な形状の部品を、製品形状に極めて近い形状(いわゆるニアネット形状)で、しかも高い寸法精度で製造することができ、部品の作製において大幅な切削コストの低減を図ることができる。そのため、粉末冶金製品は、各種の機械用部品として、多方面に利用されている。さらに、部品の小型化、軽量化及び複雑化に対応するため、粉末冶金技術に対する要求は一段と高まってきている。
上記を背景として、粉末冶金に用いられる合金鋼粉に対する要求も高度化しており、良好な圧縮性を有すること、また、合金鋼粉を焼結して得られる焼結体の機械的特性が優れていることが求められている。さらに、製造コスト削減に対する要求も強く、そのような観点から、合金鋼粉は、追加の工程を要することなく、従来の冶金用粉末製造プロセスで製造し得ることが求められ、また、Ni等の高価な合金成分を必要としないことが求められている。
焼結体の強度の向上については、鋼粉に特定の金属粉を混合して混合粉とする方法、鋼粉の表面に特定の金属粉を拡散付着させる方法、さらに黒鉛粉を組み合わせる方法、特定の金属元素で合金化した合金鋼粉を使用する方法等が提案されている。
例えば、特許文献1では、V及びMnを合金化した鋼粉が提案され、Cu粉、Ni粉を混合してもよいとされている。
特許文献2では、Cuを合金化した鋼粉の表面に、Cu粉を拡散付着させた粉末冶金用合金鋼粉が提案されている。
特許文献3では、Moを合金化した鋼粉に、Cu粉及びNi粉の少なくとも一方を混合した粉末冶金用混合粉が提案されている。
特許文献4では、Ni、Mo及びMnを合金化した合金鋼粉が提案されている。
特許文献5では、鉄基粉に結合剤によって黒鉛粉を結合させる方法が提案されており、鉄基粉は、Ni、Cr、Mo及びMn等の合金元素で合金化してもよいとされている。
特許文献6では、Cr、Mo及びCu等の合金元素に低減された量のCを組み合わせる方法が提案されている。
特表2012-520942号公報 国際公開第2016/092827号 特表2003-500538号公報 特表2010-529302号公報 特表2013-508558号公報 特開2013-204112号公報
しかしながら、特許文献1については、Cu粉等を併用しても、Vの析出強化による焼結体の強度向上効果は限定的であり、また、Mnを含有しているため酸化に起因する焼結体の強度低下も生じ得、さらなる強度の向上が求められている。
特許文献2については、Cu単独の使用では焼結体の強度向上効果が限定的であり、さらなる強度の向上が求められている。
特許文献3については、Cu粉等を併用しても、Moの合金化による焼結体の強度向上効果が限定的であり、さらなる強度の向上が求められている。
特許文献4については、Niを含有するため高コストであり、Mnを含有しているため酸化に起因する焼結体の強度低下も生じ得る。
特許文献5については、焼結体の機械的特性を向上させるために、焼結後に浸炭、焼入れ、焼戻し等の熱処理を行うことを必要としている。
特許文献6については、あくまでも、合金鋼粉と混合されるC(黒鉛粉等)の量を低減することで、混合粉の圧縮性を向上させているにすぎず、合金鋼粉自体の圧縮性を向上させることはできない。また、焼結体の硬さと引張強さを確保するため、焼結後の焼入れにおける冷却速度を2℃/s以上とすることが必要とされている。このような冷却速度の制御を行うためには、製造設備の改造が必要であり、製造コストが増加する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、圧縮性に優れ、かつ、焼結まま(さらなる熱処理を施さない状態)で向上した強度を有する焼結体を得ることができる粉末冶金用合金鋼粉を提供することを目的とする。ここで、圧縮性とは、所与の成形圧力で成形したときに得られる成形体の密度(圧縮密度)のことをいい、この値が大きい程良好である。
また、本発明は、前記粉末冶金用合金鋼粉を含む粉末冶金用鉄基混合粉を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、前記粉末冶金用合金鋼粉又は前記粉末冶金用鉄基混合粉を用いた焼結体を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、Cuと、Moと、V、Nb及びTiの少なくともいずれかとを、それぞれ特定量で、合金元素として用いた合金鋼粉は圧縮性に優れ、かつ焼結ままで向上した強度を有する焼結体を提供することができることを見出し、本発明を完成させた。本発明の合金鋼粉は、Cu及びMoの分布を均一化することができ、ひいては焼結体中のCu及びMoの分布を均一化することができる。また、V、Nb及びTiの少なくともいずれかを含有しているため、焼結体中の析出物を微細化し、ひいては組織を微細化することでき、これらが相俟って、向上した強度を有する焼結体を得ることを可能とするものと推測される。
本発明の要旨構成は以下のとおりである。
[1]Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、
Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、ならびに
V:0.05質量%以上0.50質量%以下、Nb:0.02質量%以上0.40質量%質量%以下及びTi:0.02質量%以上0.40質量%以下からなる群より選択される1つ以上を含み、
残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
[2]V:0.05質量%以上0.50質量%以下を含む、[1]の粉末冶金用合金鋼粉。
[3]Nb:0.02質量%以上0.40質量%以下を含む、[1]又は[2]の粉末冶金用合金鋼粉。
[4]Ti:0.02質量%以上0.40質量%以下を含む、[1]~[3]のいずれかの粉末冶金用合金鋼粉。
[5]前記[1]~[4]のいずれかの粉末冶金用合金鋼粉と金属粉からなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、
前記金属粉が、前記粉末冶金用鉄基混合粉100質量%に対し、0質量%超4質量%以下のCu粉及び0質量%超4質量%以下のMo粉のいずれか一方又は両方である、粉末冶金用鉄基混合粉。
[6]前記[1]~[4]のいずれかの粉末冶金用合金鋼粉又は前記[5]の粉末冶金用鉄基混合粉を用いた焼結体。
本発明の粉末冶金用合金鋼粉は、圧縮性に優れ、かつ焼結ままで向上した強度を有する焼結体を得ることができる。
また、本発明の粉末冶金用合金鋼粉は、CrやMn等の酸化しやすい合金元素を含有しないため、合金元素の酸化に起因する焼結体の強度低下が生じない点で有利である。
また、本発明の粉末冶金用合金鋼粉は、合金コストが高いNi、特殊な雰囲気での焼鈍が必要となるCr等を含有せず、めっき等の追加的な製造工程も不要であるため、コスト面で有利であり、従来の冶金用粉末製造プロセスで製造することができる点においても便利である。
また、本発明の粉末冶金用鉄基混合粉も、同様に圧縮性に優れ、かつ焼結ままで向上した強度を有する焼結体を提供することができる。
本発明の粉末冶金用合金鋼粉又は粉末冶金用鉄基混合粉を用いることにより、向上した強度を有する焼結体を低コストで製造することができる。
以下、本発明の実施形態にについて詳細に説明する。
[粉末冶金用合金鋼粉]
本発明の粉末冶金用合金鋼粉(以下、「合金鋼粉」ともいう。)は、Cuと、Moと、V、Nb及びTiの少なくともいずれかとを必須成分として含有する鉄基合金からなる。ここで、「鉄基」とは、Feを50質量%以上含有することをいう。成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。粉末冶金用合金鋼粉の成分組成は、粉末冶金用合金鋼粉100質量%に対するものである。
Cu:1.0%以上8.0%以下
Cuは、焼入れ性を向上させる元素であり、かつ、Si、Cr、Mn等の元素よりも酸化されにくい点で優れている。また、Cuは、Niと比べて安価である点でも有利である。Cu含有量が1.0%未満であると、Cuによる焼入れ性の向上効果が不十分となる。そのため、Cu含有量は1.0%以上とする。一方、焼結体の製造は、一般に1130℃程度で焼結が行われるが、Fe-Cu系状態図より、Cu含有量が8.0%を超えると、Cuはオーステナイト相中に析出する。焼結時に析出しているCuは焼入れ性向上には有効に機能せず、むしろ組織中に軟質相として残留し、機械的特性の低下を招き得る。そのため、Cu含有量は8.0%以下とする。上記範囲であれば、Cuの添加により、密度の低下を抑制しつつ、引張強さの改善を十分に図ることができる。より高い強度を効果的に得るためには、Cu含有量は2.0%以上が好ましく、また、6.0%以下が好ましい。
Mo:0.50%超2.00%以下
Moは、焼入れ性を向上させる元素であり、かつ、Si、Cr、Mn等の元素よりも酸化されにくい点で優れている。Moは、Niに比べて少量の添加で十分な焼入れ性の向上効果が得られるという特性を有する。Mo含有量が0.50%以下であると、Moによる強度向上効果が不十分となる。そのため、Mo含有量は0.50%超とする。一方、Mo含有量が2.00%を超えると、合金鋼粉の圧縮性が低下して成形用金型が損耗しやすくなるのみならず、Moを含有させることによる焼結体の強度の向上効果は飽和する。そのため、Mo含有量は2.00%以下とする。より高い強度を効果的に得るためには、Mo含有量は1.00%以上が好ましく、また、1.50%以下が好ましい。
本発明の合金鋼粉は、V、Nb及びTiの少なくともいずれかを含む。合金鋼粉は、V、Nb及びTiのいずれか1種のみを含有していても、2種を含有していても、3種全部を含有していてもよい。2種を含有する場合、VとNb、VとTi、NbとTiのいずれの組み合わせであってもよい。V、Nb及びTiの各含有量は以下のとおりである。
V:0.05%以上0.50%以下
Vは、焼結体の固体部分に炭化物として析出することにより、強度の向上に極めて有効に作用する元素である。V含有量が0.05%未満であると、炭化物の生成量が不十分となり、焼結体の十分な強度の向上を図ることができない。そのため、Vを含有させる場合、V含有量は0.05%以上とする。一方、V含有量が0.50%を超えると、炭化物が粗大化して強度向上効果が低下し、合金鋼粉の各粒子が硬くなって圧縮性の低下を招くだけでなく、経済的な観点からも不利である。そのため、V含有量は0.50%以下とする。より高い強度を効果的に得るためには、V含有量は0.10%以上が好ましく、また、0.40%以下が好ましい。
Nb:0.02%以上0.40%以下
Nbは、焼入れ性を大幅に高めるのみならず、焼結体の固体部分に炭化物として析出させることにより、強度の向上に有効に作用する元素である。Nb含有量が0.02%未満であると、炭化物の生成量が不十分となり、焼結体の十分な強度の向上を図ることができない。そのため、Nbを含有させる場合、Nb含有量は0.02%以上とする。一方、Nb含有量が0.40%を超えると、炭化物が粗大化して強度向上効果が低下し、合金鋼粉の各粒子が硬くなって圧縮性の低下を招くだけでなく、経済的な観点からも不利となる。そのため、Nbを含有させる場合、Nb含有量は0.40%以下とする。Nbを含有させる場合、より高い強度を効果的に得るためには、Nb含有量は0.05%以上が好ましく、また、0.20%以下が好ましい。
Ti:0.02%以上0.40%以下
Tiは、焼結体の固体部分に炭化物として析出することにより、強度の向上に有効に作用する元素である。Ti含有量が0.02%未満であると、炭化物の生成量が不十分となり、焼結体の十分な強度の向上を図ることができない。そのため、Tiを含有させる場合、Ti含有量は0.02%以上とする。一方、Ti含有量が0.40%を超えると、炭化物が粗大化して強度向上効果が低下し、合金鋼粉の各粒子が硬くなって圧縮性の低下を招くだけでなく、経済的な観点からも不利となる。そのため、Tiを含有させる場合、Ti含有量は0.40%以下とする。Tiを含有させる場合、より高い強度を効果的に得るためには、Ti含有量は0.05%以上が好ましく、また、0.20%以下が好ましい。
合金鋼粉の上記成分以外の残部はFe及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物の量は、不可避的に混入する量である限り、特に限定されないが、実質的に含有しないよう制御することが好ましい。Niは、合金コスト増加の原因となるため、Ni含有量は0.1%以下に抑制することが好ましい。Crは、酸化を受けやすく、焼鈍雰囲気制御が必要となるため、Cr含有量は0.1%以下に抑制することが好ましい。Siについても、Crと同様の理由から、Si含有量は0.1%以下に抑制することが好ましい。C:0.01%以下、O:0.20%以下、Mn:0.15%以下、P:0.025%以下、S:0.025%以下、N:0.05%以下及びその他の元素:0.01%以下に抑制することが好ましい。
本発明の合金鋼粉は、以下の態様を含む。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、V:0.05質量%以上0.50質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、Nb:0.02質量%以上0.40質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、Ti:0.02質量%以上0.40質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、V:0.05質量%以上0.50質量%以下及びNb:0.02質量%以上0.40質量%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、V:0.05質量%以上0.50質量%以下及びTi:0.02質量%以上0.40質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、Nb:0.02質量%以上0.40質量%以下及びTi:0.02質量%以上0.40質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、Mo:0.50質量%超2.00質量%以下、V:0.05質量%以上0.50質量%以下、Nb:0.02質量%以上0.40質量%以下及びTi:0.02質量%以上0.40質量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
合金鋼粉の製造方法は、特に限定されず、任意の方法で製造することができる。例えば、合金鋼粉は、アトマイズ法によって製造されるアトマイズ粉であることができ、中でも製造コストが低く、大量生産が容易な水アトマイズ法によって製造される水アトマイズ粉であることが好ましい。アトマイズ法で合金鋼粉を製造する場合、例えば、所定の成分組成を有するように調整された溶鋼をアトマイズして粉末とし、必要に応じて還元及び/又は分級して合金鋼粉を得ることができる。
合金鋼粉の粒径は、特に限定されず、任意の粒径とすることができる。製造の容易さの観点からは、平均粒径は30μm以上150μm以下であることが好ましい。水アトマイズ法によって、上記範囲に平均粒径を有する合金鋼粉を工業的に低コストで製造することができる。ここで、平均粒径とは、質量基準におけるメジアン径(D50)を指すものとする。平均粒径は、JIS Z 2510に記載の乾式ふるい分け法で測定した粒度分布から質量基準の積算粒度分布を算出し、その値が50%となる粒径を内挿法で求めることができる。
[粉末冶金用鉄基混合粉]
合金鋼粉は、そのまま粉末冶金に用いることもできるが、合金鋼粉と金属粉からなる粉末冶金用鉄基混合粉(以下、「混合粉」ともいう。)として用いることもできる。本発明の混合粉における金属粉は、Cu粉:0%超4%以下、Mo粉:0%超4%以下のいずれか一方又は両方である。粉末冶金用鉄基混合粉の成分組成は、粉末冶金用鉄基混合粉100質量%に対するものである。
Cu粉:0%超4%以下
Cu粉は、合金鋼粉に添加することにより、焼結を促進させ、強度を向上させることができるが、4%を超えると、焼結時に液相を生成する量が多くなり、膨張による焼結体の密度の低下を招き、強度を低下させる。そのため、Cu粉の添加量は、4%以下とする。Cu粉を添加する場合、強度を効率的に向上させるため、0.5%以上が好ましい。
Mo粉:0%超4%以下
Mo粉は、合金鋼粉に添加することにより、焼結を促進させ、強度を向上させることができるが、4%を超えると、合金鋼粉が硬くなって圧縮密度の低下を招き、強度を低下させる。そのため、Mo粉の添加量は、4%以下とする。Mo粉を添加する場合、強度を効率的に向上させるため、0.5%以上が好ましい。
混合粉の製造方法は、特に限定されず、任意の方法で製造することができる。例えば、上記合金鋼粉に対して、Cu粉及びMo粉の一方又は両方を、上記含有量となるように混合することによって製造することができる。混合は、任意の方法で行うことができる。例えば、V型混合機、ダブルコーン型混合機、へンシェルミキサ、ナウターミキサ等を用いて混合する方法が挙げられる。混合時には、Cu粉及Mo粉の一方又は両方の偏析防止のために、マシン油等の結合剤を添加してもよい。あるいは、上記合金鋼粉及びCu粉及びMo粉の一方又は両方を上記含有量となるよう、加圧成形用の金型に充填して混合粉としてもよい。
[焼結体]
本発明はまた、上記合金鋼粉又は混合粉を含む成形体を焼結してなる焼結体に関する。
焼結体は、上記合金鋼粉又は混合粉(以下、「原料」ともいう。)を原料とし製造することができる。焼結体の製造方法は、特に限定されず、任意の製造方法で製造することができる、例えば、上記原料に、場合により任意成分を加え、これらを加圧成形した後、焼結することによって製造することができる。
(任意成分)
焼結体の原料としては、上記原料をそのまま用いることができるが、炭素粉等の副原料を併用してもよい。
炭素粉は、特に限定されず、黒鉛粉(天然黒鉛粉、人造黒鉛粉等)、カーボンブラックが好ましい。炭素粉を添加することにより、焼結体の強度をさらに向上させることができる。炭素粉を添加する場合、強度向上効果の点から、上記原料100質量部に対し、0.2質量部以上が好ましく、また、1.2質量部以下が好ましい。
上記原料に潤滑剤を添加してもよい。潤滑剤を含有させることで、成形体の金型からの抜出を容易にすることができる。潤滑剤は、特に限定されず、金属石鹸(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等)、アミド系ワックス(エチレンビスステアリン酸アミド等)等が挙げられる。潤滑剤は、粉末状のものが好ましい。潤滑剤を使用する場合、潤滑剤は、上記原料100質量部に対し、0.3質量部以上1.0質量部以下が好ましい。
上記原料に対し、切削性改善用粉末を添加してもよい。切削性改善用粉末は、特に限定されず、MnS粉末、酸化物粉末等が挙げられる。切削性改善用粉末を使用する場合、切削性改善用粉末は、上記原料100質量部に対し、0.1質量部以上0.7質量部以下が好ましい。
(加圧成形)
上記原料に対し、場合により副原料、潤滑剤、切削性改善用粉末等の任意成分を配合した後、所望の形状に加圧成形して成形体とする。加圧成形の方法は、特に限定されず、任意の方法を用いることができ、例えば、原料等を金型内に充填して、加圧成形する方法が挙げられる。金型に潤滑剤を塗布又は付着させることもでき、その際の潤滑剤の量は、上記原料100質量部に対し、0.3質量部以上1.0質量部以下が好ましい。
加圧成形により成形体とする際の圧力は、400MPa以上1000MPa以下とすることができる。この範囲であれば、成形体の密度が低くなり、焼結体の密度が低下し、強度不足となることが回避でき、かつ金型への負担も抑制することもできる。本発明の原料は、例えば、成形圧588MPaの条件で、成形体の密度(圧縮密度)を6.75Mg/m3以上とすることができる。成形体の密度(圧縮密度)は、好ましくは6.80Mg/m3以上である。
(焼結)
次いで、得られた成形体を焼結する。焼結の方法は、特に限定されず、任意の方法で行うことができる。焼結温度は、十分に焼結を進行させる点から、1100℃以上とすることができ、1120℃以上が好ましい。一方、焼結温度が高いほど焼結体中のCuやMoの分布が均一となるため、焼結温度の上限は特に限定されないが、製造コストの抑制の点から、焼結温度は1250℃以下が好ましく、1180℃以下がより好ましい。上記原料は、Cuと、Moと、V、Nb及びTiの少なくともいずれかとを合金化した合金鋼粉を用いているため、上記範囲の焼結温度でも、CuやMoの分布を均一化することができ、その結果、焼結体の強度を効果的に向上させることができる。
焼結時間は、15分以上50分以下とすることができる。この範囲であれば、焼結不足となり、強度不足となることが回避でき、製造コストも抑制することができる。焼結後の冷却の際の冷却速度は、20℃/分以上40℃/分以下とすることができる。冷却速度20℃/分未満では、十分に焼入れを行うことができず、引張強度が低下し得る。冷却速度40℃/分以上では、冷却速度を促進する付帯設備が必要となり、製造コストが増加する。
潤滑剤を使用する場合、焼結前に、潤滑剤を分解除去するため、400℃以上700℃以下の温度範囲で一定時間保持する脱脂工程を追加してもよい。
上記以外の焼結体の製造条件や設備等は、特に限定されず、例えば、公知のものを適用することができる。
得られた焼結体は、浸炭焼入れ、焼き戻し等の処理に付してもよい。
次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、これらによって限定されるものではない。
実施例における合金鋼粉の製造、合金鋼粉を用いた焼結体の製造は、以下の手順で行った。
・合金鋼粉の製造
表1~表4に示す成分組成の溶鋼を調整し、水アトマイズ法により、合金鋼粉を作製した。合金鋼粉に不可避的不純物として含まれるSi、Mn、P、S及びCrの量は、Si:0.05質量%未満、Mn:0.15質量%未満、P:0.025質量%未満、S:0.025質量%未満、Cr:0.03質量%未満であった。
得られた合金鋼粉を、水素雰囲気中、920℃で30分間保持し、仕上還元を行った。仕上還元後、粒子同士が焼結されて塊状となっている熱処理体を、ハンマーミルを用いて粉砕し、目開きが180μmの篩で分級して、篩下の粉を採取し、合金鋼粉とした。合金鋼粉に不可避的不純物として含まれるC、O及びNの量は、C:0.01質量%未満、O:0.20質量%未満、N:0.05質量%未満であった。合金鋼粉の成分組成は、上記溶鋼の成分組成と同等であった。
・拡散付着合金鋼粉の製造
拡散付着合金鋼粉におけるCu又はMoの含有量が、表1~表3に示す値となるような量で、合金鋼粉に対してCu粉(D50が約30μm)又は酸化Mo粉(D50が約3μm)を添加し、V型混合機で15分間混合し、次いで、水素雰囲気中、920℃で30分間保持し、仕上還元を行った。仕上還元後、粒子同士が焼結されて塊状となっている還元処理体を、ハンマーミルを用いて粉砕し、目開きが180μmの篩で分級して、篩下の粉を採取し、Cu又はMoを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉とした。拡散付着合金鋼粉に不可避的不純物として含まれるC、O及びNの量は、C:0.01質量%未満、O:0.20質量%未満、N:0.05質量%未満であった。
・焼結体の製造
合金鋼粉又は拡散付着合金鋼粉100質量部に対して、黒鉛粉0.8質量部、潤滑剤(ステアリン酸亜鉛)0.6質量部、表1~3又は5に示す量のCu粉(D50が約45μm)又はMo粉(D50が約25μm)を添加し、ダブルコーン型混合機を用いて混合して鉄基混合粉を得た。鉄基混合粉を、10mm×10mm×55mmの直方体形状に、成形圧588MPaで成形して成形体とした。成形体の密度は成形体の重量に対して直方体の容積を除することで算出した。
成形体を、10%H2-90%N2雰囲気中、1130℃で20分間保持し、焼結体とした。焼結体から、長さ:50mm×直径:3mmの試験片を切り出して、破断前最大応力(引張強さ)を測定した。
(実施例1)
Cu、Mo及びVを添加した合金鋼粉に関する実施例である。表1に成分組成及び評価結果を示す。成分組成における「-」は、添加していない成分であり、以下も同様とする。
比較例として、以下の4条件で作製した鉄基粉末も評価した。No.1-10では、MoとVを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.1-11では、MoとVを合金元素として含む合金鋼粉に、Cu粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。No.1-12では、CuとVを合金元素として含む合金鋼粉の表面に、Moを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.1-13では、CuとVを合金元素として含む合金鋼粉に、Mo粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。表1に、付着量、添加量及び評価結果を示す。
表1に示すように、Cu及びVのみを含有するNo.1-1に比べて、Cu、Mo及びVを含有するNo.1-2は、引張強さが顕著に改善していた。No.1-2に対して、Vを無添加とし、Cuを増加させたNo.1-3の引張強さはNo.1-2に及ばなかった。Cu及びVのみを含有するNo.1-4、Mo及びVのみを含有するNo.1-5に対して、Cu、Mo及びVを含有するNo.1-6は、引張強さが顕著に改善していた。No.1-6に対して、Cuを増加させたNo.1-7、Moを増加させたNo.1-8、Vを増加させたNo.1-9でも、高い引張強さは維持されていた。
圧縮性について、発明例であるNo.1-2、1-6~1-9はいずれも密度が十分に高く、圧縮性に優れていることがわかる。No.1-5~1-7の結果から、Cuは高密度を維持したまま、添加量を増やし、引張強さを改善できることがわかる。
MoとVを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.1-10及び同様の合金鋼粉にCu粉を混合した混合粉を用いたNo.1-11の焼結体は、No.1-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びVの量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。CuとVを合金元素として含む合金鋼粉の表面にMoを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.1-12及び同様の合金鋼粉にMo粉を混合した混合粉を用いたNo.1-13の焼結体は、No.1-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びVの含有量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。
Figure 0007060101000001
(実施例2)
Cu、Mo及びNbを添加した合金鋼粉に関する実施例である。表2に成分組成及び評価結果を示す。
比較例として、以下の4条件で作製した鉄基粉末も評価した。No.2-11では、MoとNbを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.2-12では、MoとNbを合金元素として含む合金鋼粉に、Cu粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。No.2-13では、CuとNbを合金元素として含む合金鋼粉の表面に、Moを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.2-14では、CuとNbを合金元素として含む合金鋼粉に、Mo粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。表2に、付着量、添加量及び評価結果を示す。
表2に示すように、Cu及びNbのみを含有するNo.2-1に比べて、Cu、Mo及びNbを含有するNo.2-2は、引張強さが顕著に改善していた。No.2-2に対して、Nbを無添加とし、Cuを増加させたNo.2-3の引張強さはNo.2-2に及ばなかった。Cu及びNbのみを含有するNo.2-4、Mo及びNbのみを含有するNo.2-5に対して、Cu、Mo及びNbを含有するNo.2-6は、引張強さが顕著に改善していた。No.2-6に対して、Cuを増加させたNo.2-7、Moを増加させたNo.2-8、Nbを増加させたNo.2-9でも、高い引張強さは維持されていた。一方、Cu、Mo、Nbの各量が、本発明の範囲外であるNo.2-10は、密度が低下しており、引張強さも劣っていた。
圧縮性について、発明例であるNo.2-2、2-6~2-9はいずれも密度が十分に高く、圧縮性に優れていることがわかる。No.2-5~2-7の結果から、Cuは高密度を維持したまま、添加量を増やし、引張強さを改善できることがわかる。
MoとNbを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.2-11及び同様の合金鋼粉にCu粉を混合した混合粉を用いたNo.2-12の焼結体は、No.2-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びNbの量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。CuとNbを合金元素として含む合金鋼粉の表面にMoを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.2-13及び同様の合金鋼粉にMo粉を混合した混合粉を用いたNo.2-14の焼結体は、No.2-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びNbの含有量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。
Figure 0007060101000002
(実施例3)
Cu、Mo及びTiを添加した合金鋼粉に関する実施例である。表3に成分組成及び評価結果を示す。
比較例として、以下の4条件で作製した鉄基粉末も評価した。No.3-11では、MoとTiを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.3-12では、MoとTiを合金元素として含む合金鋼粉に、Cu粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。No.3-13では、CuとTiを合金元素として含む合金鋼粉の表面に、Moを拡散付着させ、黒鉛粉と潤滑剤を混合した。No.3-14では、CuとTiを合金元素として含む合金鋼粉に、Mo粉、黒鉛粉及び潤滑剤を混合した。表1に、付着量、添加量及び評価結果を示す。
表3に示すように、Cu及びTiのみを含有するNo.3-1に比べて、Cu、Mo及びTiを含有するNo.3-2は、引張強さが顕著に改善していた。No.3-2に対して、Tiを無添加とし、Cuを増加させたNo.3-3の引張強さはNo.3-2に及ばなかった。Cu及びTiのみを含有するNo.3-4、Mo及びTiのみを含有するNo.3-5に対して、Cu、Mo及びTiを含有するNo.3-6は、引張強さが顕著に改善していた。No.3-6に対して、Cuを増加させたNo.3-7、Moを増加させたNo.3-8、Tiを増加させたNo.3-9でも、高い引張強さは維持されていた。一方、Cu、Mo、Tiの各量が、本発明の範囲外であるNo.3-10は、密度が低下しており、引張強さも劣っていた。
圧縮性について、発明例であるNo.3-2、3-6~3-9はいずれも密度が十分に高く、圧縮性に優れていることがわかる。No.3-5~3-7の結果から、Cuは高密度を維持したまま、添加量を増やし、引張強さを改善できることがわかる。
MoとTiを合金元素として含む合金鋼粉の表面にCuを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.3-11及び同様の合金鋼粉にCu粉を混合した混合粉を用いたNo.3-12の焼結体は、No.3-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びTiの量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。CuとTiを合金元素として含む合金鋼粉の表面にMoを拡散付着させた拡散付着合金鋼粉を用いたNo.3-13及び同様の合金鋼粉にMo粉を混合した混合粉を用いたNo.3-14の焼結体は、No.3-6の焼結体に対して、Cu、Mo及びTiの含有量が同等であるにも関わらず引張強さが劣っていた。
Figure 0007060101000003
(実施例4)
合金成分としてCuと、Moと、V、Nb及びTiから選ばれる2種又は3種とを添加した合金鋼粉に関する実施例である。表4に成分組成及び評価結果を示す。
No.4-1~4-3、4-5~4-7、4-9~4-11、4-13~4-15に示されるように、V、Ni及びTiから選ばれる2種又は3種を特定量で添加した合金鋼粉を用いることにより、引張強さが一層向上することがわかる。これらの例はまた、いずれも密度が十分に高く、圧縮性に優れていることがわかる。一方、添加量が所定の条件を満たさないNo.4-4、4-8、4-12、4-16については、かえって引張強さが低下する結果となった。
Figure 0007060101000004
(実施例5)
合金鋼粉に、さらにCu粉及び/又はMo粉を添加した混合粉に関する実施例である。表5に使用した合金鋼粉、Cu粉及びMo粉の添加量、ならびに評価結果を示す。
No.1-6とNo.5-1、5-3~5-4、5-6との対比、また、No.2-6とNo.5-8、5-10~5-11、5-13との対比、No.3-6とNo.5-15、5-17~5-18、5-20との対比、No.4-10とNo.5-22、5-24~5-25、5-27との対比、No.4-14とNo.5-29、5-31~5-32、5-34との対比より、Cu粉及び/又はMo粉を特定量で混合することにより、引張強さが一層向上することがわかる。これらの例はまた、いずれも密度が十分に高く、圧縮性に優れていることがわかる。一方、Cu粉及び/又はMo粉の混合量が所定の条件を満たさないNo.5-2、5-5、5-7、5-9、5-12、5-14、5-16、5-19、5-21、5-23、5-26、5-28、5-30、5-33、5-35については、かえって引張強さが低下する結果となった。
Figure 0007060101000005

Claims (6)

  1. Cu:1.0質量%以上8.0質量%以下、
    Mo:1.00質量%以上2.00質量%以下、ならびに
    V:0.10質量%以上0.50質量%以下、Nb:0.10質量%以上0.40質量%以下及びTi:0.10質量%以上0.40質量%以下からなる群より選択される1つ以上を含み、
    残部がFe及び不可避的不純物からなる粉末冶金用合金鋼粉。
  2. V:0.10質量%以上0.50質量%以下を含む、請求項1記載の粉末冶金用合金鋼粉。
  3. Nb:0.10質量%以上0.40質量%以下を含む、請求項1又は2記載の粉末冶金用合金鋼粉。
  4. Ti:0.10質量%以上0.40質量%以下を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の粉冶金用合金鋼粉。
  5. 請求項1~4にいずれか一項に記載の粉末冶金用合金鋼粉と金属粉からなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、
    前記金属粉が、前記粉末冶金用鉄基混合粉100質量%に対し、0質量%超4質量%以下のCu粉及び0質量%超4質量%以下のMo粉のいずれか一方又は両方である、粉末冶金用鉄基混合粉。
  6. 請求項1~4のいずれか一項に記載の粉末冶金用合金鋼粉又は請求項5に記載の粉末冶金用鉄基混合粉を用いた焼結体。
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