JP7322880B2 - Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for producing iron-based sintered member - Google Patents

Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for producing iron-based sintered member Download PDF

Info

Publication number
JP7322880B2
JP7322880B2 JP2020529071A JP2020529071A JP7322880B2 JP 7322880 B2 JP7322880 B2 JP 7322880B2 JP 2020529071 A JP2020529071 A JP 2020529071A JP 2020529071 A JP2020529071 A JP 2020529071A JP 7322880 B2 JP7322880 B2 JP 7322880B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
powder
mass
aluminum
sodium
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.)
Active
Application number
JP2020529071A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2020009235A1 (en
Inventor
祐司 山西
唯之 筒井
昌史 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
Resonac Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd, Showa Denko Materials Co Ltd, Resonac Corp filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Publication of JPWO2020009235A1 publication Critical patent/JPWO2020009235A1/en
Priority to JP2023062790A priority Critical patent/JP2023089091A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7322880B2 publication Critical patent/JP7322880B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12Metallic powder containing non-metallic particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本発明の実施形態は、鉄基焼結部材、鉄基粉末混合物、及び鉄基焼結部材の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to iron-based sintered components, iron-based powder mixtures, and methods of making iron-based sintered components.

粉末冶金法により製造される鉄基焼結部材は、溶製法では得ることができない特殊な金属組織の鉄基部材を製造できることから、各種用途に適用されている。 An iron-based sintered member manufactured by a powder metallurgy method is applied to various uses because it is possible to manufacture an iron-based member with a special metal structure that cannot be obtained by a smelting method.

特殊な金属組織が必要となる用途の一つに、ベアリングキャップ用鉄基焼結部材がある。ベアリングキャップは、内燃機関のクランクシャフトを回転自在に軸支する軸受を保持する部材である。ベアリングキャップは、例えば、外観はおおよそアーチ形状をしており、アルミニウム合金製のシリンダブロックにボルトで締め付け固定されて用いられる。図1は、ベアリングキャップを自動車エンジンのシリンダブロックへ取付けた状態を示す側面模式図である。シリンダブロック2には、ベアリングキャップ1を位置決めし収納する矩形状の凹部2a、及び、軸受3を収納する半円状の凹部2bが形成されている。ベアリングキャップ1は、軸受3を収納する半円状の凹部が形成され、外形がアーチ形状である。ベアリングキャップ1は、シリンダブロック2の矩形凹部2aの嵌合部で位置決めされ、ボルト4、4で固定されて用いられる。このようなベアリングキャップ1に適用される鉄基焼結部材は、クランクシャフト5を保持する必要があることから機械的強さが求められる。また、ベアリングキャップ1とアルミニウム合金製のシリンダブロック2との各半円弧を、ボルト締めされた状態で同芯とするために、通常、各半円弧により形成された円の内周には切削加工が施される。そのため、ベアリングキャップに適用される鉄基焼結部材は、アルミニウム合金と同等の被削性が求められる。 One application that requires a special metal structure is iron-based sintered parts for bearing caps. A bearing cap is a member that holds a bearing that rotatably supports a crankshaft of an internal combustion engine. The bearing cap, for example, has an approximately arch-shaped appearance and is used by being fastened and fixed to an aluminum alloy cylinder block with bolts. FIG. 1 is a schematic side view showing a bearing cap attached to a cylinder block of an automobile engine. The cylinder block 2 is formed with a rectangular recess 2a for positioning and housing the bearing cap 1 and a semicircular recess 2b for housing the bearing 3. As shown in FIG. The bearing cap 1 is formed with a semicircular recess for accommodating the bearing 3 and has an arch-shaped outer shape. The bearing cap 1 is positioned at the fitting portion of the rectangular concave portion 2a of the cylinder block 2 and fixed with bolts 4, 4 for use. The iron-based sintered member applied to such a bearing cap 1 is required to have mechanical strength because it needs to hold the crankshaft 5 . In addition, in order to make the semicircular arcs of the bearing cap 1 and the aluminum alloy cylinder block 2 concentric when bolted, the inner circumference of the circle formed by the semicircular arcs is usually machined. is applied. Therefore, iron-based sintered members applied to bearing caps are required to have machinability equivalent to that of aluminum alloys.

鉄基焼結部材の被削性を向上させる方策として、固体潤滑効果のある硫化マンガン又は黒鉛を鉄基焼結部材の気孔に分散させる手法が一般的である。しかしながら、硫化マンガンを用いて製造した鉄基焼結部材は、原料となる鉄基粉末混合物中に添加された硫化マンガン粉末が鉄基粉末同士の拡散による接合を阻害する結果、機械的強さが低いものとなる傾向がある。また、黒鉛は鉄基地に容易に拡散して消失するため、気孔内に黒鉛を分散させた鉄基焼結部材を得ようとすると、鉄基地への黒鉛の拡散が生じ難い、例えば1,000℃未満の温度で焼結する必要がある。しかし、黒鉛の拡散が生じ難い温度では鉄基粉末同士の拡散による接合が乏しく、鉄基焼結部材は機械的強さが低いものとなる傾向がある。 As a measure for improving the machinability of an iron-based sintered member, it is common to disperse manganese sulfide or graphite, which has a solid lubricating effect, into the pores of the iron-based sintered member. However, in the iron-based sintered member manufactured using manganese sulfide, the manganese sulfide powder added to the iron-based powder mixture serving as the raw material hinders the bonding due to the diffusion of the iron-based powders, resulting in a decrease in mechanical strength. tends to be low. In addition, since graphite easily diffuses into the iron matrix and disappears, if an iron-based sintered member with graphite dispersed in the pores is to be obtained, the diffusion of graphite into the iron matrix is unlikely to occur. It should be sintered at a temperature below °C. However, at a temperature at which the diffusion of graphite is difficult to occur, the iron-based sintered member tends to have low mechanical strength because the iron-based powders are poorly bonded by diffusion.

このような状況の下、通常の鉄基焼結部材の焼結温度である1,000~1,200℃の温度範囲で焼結を行い、鉄基粉末同士の拡散による接合を促進して高い機械的強さを得つつ、黒鉛の鉄基地への拡散を抑制し、鉄基地中に黒鉛を分散させて被削性を改善する手法が開発された(特許文献1参照)。 Under these circumstances, sintering is performed at a temperature range of 1,000 to 1,200°C, which is the sintering temperature of ordinary iron-based sintered members, to promote bonding due to diffusion of iron-based powders to promote high temperature. A technique has been developed for improving machinability by suppressing diffusion of graphite into an iron matrix and dispersing graphite in the iron matrix while obtaining mechanical strength (see Patent Document 1).

特許文献1は、酸化硼素粉末を0.01~1.0重量%と、黒鉛粉末を0.1~2.0重量%とを添加した被削性に優れる鉄系焼結材料用の粉末混合物、及び、酸化硼素10~40重量%を含有する窒化硼素粉末を0.1~2.5重量%と、黒鉛粉末を0.1~2.0重量%とを添加した被削性に優れる鉄系焼結材料用の粉末混合物に関する。 Patent Document 1 describes a powder mixture for an iron-based sintered material with excellent machinability, in which 0.01 to 1.0% by weight of boron oxide powder and 0.1 to 2.0% by weight of graphite powder are added. , And iron with excellent machinability added with 0.1 to 2.5% by weight of boron nitride powder containing 10 to 40% by weight of boron oxide and 0.1 to 2.0% by weight of graphite powder It relates to powder mixtures for system sintered materials.

特開平09-241701号公報JP-A-09-241701

特許文献1は、黒鉛の鉄基地への拡散を抑制するために酸化硼素又は酸化硼素を含有する窒化硼素を用いるが、酸化硼素粉末は高価であり、酸化硼素を含む窒化硼素も酸化硼素粉末ほどではないにせよ高価である。このため特許文献1により得られる鉄基焼結部材は原料コストが高いものとなっており、安価な被削性向上の手法が望まれている。 In Patent Document 1, boron oxide or boron nitride containing boron oxide is used to suppress the diffusion of graphite into an iron matrix. It's expensive if not. For this reason, the iron-based sintered member obtained by Patent Document 1 has a high raw material cost, and an inexpensive technique for improving machinability is desired.

上記のことから、本発明の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた安価な鉄基焼結部材を提供することを目的とする。また、本発明の別の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な鉄基粉末混合物を提供することを目的とする。更に、本発明の別の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of embodiments of the present invention to provide an inexpensive iron-based sintered member having both high mechanical strength and excellent machinability. Another object of the present invention is to provide an inexpensive iron-based powder mixture that can produce iron-based sintered parts having both high mechanical strength and excellent machinability. Another object of the present invention is to provide an inexpensive manufacturing method capable of manufacturing an iron-based sintered member having both high mechanical strength and excellent machinability.

本発明には様々な実施形態が含まれる。実施形態の例を以下に列挙する。本発明は以下の実施形態に限定されない。 The invention includes various embodiments. Examples of embodiments are listed below. The present invention is not limited to the following embodiments.

本発明の一実施形態は、鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、前記気孔に接する前記鉄基地の表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化しており、前記気孔内に遊離炭素を含む、鉄基焼結部材に関する。
前記鉄基焼結部材は、前記0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなることが好ましい。
One embodiment of the present invention has a metallographic structure comprising an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix, containing iron, 0.1-3.5% by weight carbon, aluminum, sodium, and sulfur. and an iron-based sintered member in which aluminum, sodium, and sulfur are concentrated on the surface of the iron matrix in contact with the pores, and free carbon is contained in the pores.
The iron-based sintered member contains 0.1 to 3.5% by mass of carbon, 0.5 to 6.0% by mass of copper, aluminum, sodium, and sulfur, and the balance is iron. It is preferably composed of unavoidable impurities.

本発明の他の一実施形態は、鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、前記気孔に接する前記鉄基地の表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上である、鉄基焼結部材に関する。
前記鉄基焼結部材は、前記0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなることが好ましい。
Another embodiment of the present invention has a metallographic structure comprising an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix, comprising: iron, 0.1-3.5% by weight carbon, aluminum, sodium, and sulfur and having an aluminum concentration of 0.1% by mass or more, a sodium concentration of 0.05% by mass or more, and a sulfur concentration of 0.05% by mass or more on the surface of the iron matrix that is in contact with the pores. It relates to a base sintered member.
The iron-based sintered member contains 0.1 to 3.5% by mass of carbon, 0.5 to 6.0% by mass of copper, aluminum, sodium, and sulfur, and the balance is iron. It is preferably composed of unavoidable impurities.

本発明の他の一実施形態は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有し、前記硫酸ナトリウムの含有量が、前記混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である、鉄基粉末混合物に関する。
前記高級脂肪酸は、ステアリン酸、12-ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、及びベヘン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、前記鉄基粉末混合物は、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなることが好ましい。
Another embodiment of the present invention contains at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate. 0.05 to 1.5% by mass of the mixed powder, and the content of the sodium sulfate is 0.5% by mass or more based on the mass of the mixed powder.
The higher fatty acid preferably contains at least one selected from the group consisting of stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid, and behenic acid.
The iron-based powder mixture comprises 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, 0 to 10% by mass of copper powder, 0.05 to 1.5% by mass of the mixed powder, and the balance of iron powder. and iron alloy powder, and inevitable impurities.

本発明の他の一実施形態は、前記鉄基粉末混合物を、金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得ること、前記圧粉体を、非酸化性ガス雰囲気中、炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すること、を含む、鉄基焼結部材の製造方法に関する。
前記炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度は、1,000~1,200℃であることが好ましい。
Another embodiment of the present invention is that the iron-based powder mixture is filled in a mold and compression-molded to obtain a green compact, and the green compact is subjected to carbon iron in a non-oxidizing gas atmosphere. The present invention relates to a method for producing an iron-based sintered component, including sintering at a temperature above the diffusion temperature into the matrix.
The temperature above the diffusion temperature of carbon into the iron matrix is preferably 1,000 to 1,200.degree.

本発明の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた安価な鉄基焼結部材を提供することができる。また、本発明の別の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な鉄基粉末混合物を提供することができる。更に、本発明の別の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な製造方法を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, an inexpensive iron-based sintered member having both high mechanical strength and excellent machinability can be provided. Further, according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive iron-based powder mixture from which an iron-based sintered member having both high mechanical strength and excellent machinability can be produced. Furthermore, according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive manufacturing method capable of manufacturing an iron-based sintered member having both high mechanical strength and excellent machinability.

図1は、ベアリングキャップを自動車エンジンのシリンダブロックへ取付けた状態の一例を示す側面模式図である。FIG. 1 is a schematic side view showing an example of a state in which a bearing cap is attached to a cylinder block of an automobile engine. 図2は、実施例で用いた混合粉末の走査型電子顕微鏡写真(SEM)及びエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分布を示すマッピング画像である(倍率200倍)。FIG. 2 is a scanning electron micrograph (SEM) of the mixed powder used in Examples and a mapping image showing elemental distribution by energy dispersive X-ray analysis (EDS) (magnification: 200). 図3は、実施例及び比較例で得た焼結体の断面の光学顕微鏡写真である(倍率200倍)。FIG. 3 is an optical microscope photograph of the cross section of the sintered bodies obtained in Examples and Comparative Examples (magnification: 200). 図4は、実施例で得た焼結体の表面の電子線マイクロアナライザ(EPMA)による元素分布を示すマッピング画像である(倍率3,000倍)。FIG. 4 is a mapping image showing the elemental distribution of the surface of the sintered body obtained in Example by an electron probe microanalyzer (EPMA) (magnification: 3,000). 図5は、実施例及び比較例において実施した旋盤加工工程を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a lathe working process performed in Examples and Comparative Examples. 図6は、実施例及び比較例において使用した切削工具を示す斜視模式図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a cutting tool used in Examples and Comparative Examples. 図7は、実施例及び比較例で得た焼結体の被削性の評価結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing evaluation results of the machinability of sintered bodies obtained in Examples and Comparative Examples.

本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
[鉄基焼結部材]
本発明の一実施形態である鉄基焼結部材は、鉄基地と、鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有する。鉄基地は、鉄基粉末により形成され、気孔は、鉄基粉末間の隙間が残留することで形成される。鉄基地は、パーライト又はフェライトとパーライトとの混合組織であることが好ましい。鉄基焼結部材は、気孔内に、鉄基地へ拡散していない遊離炭素を含む。
An embodiment of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiments.
[Iron-based sintered material]
An iron-based sintered member, which is one embodiment of the present invention, has a metallographic structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix. The iron matrix is formed by the iron-based powder, and the pores are formed by remaining gaps between the iron-based powders. The iron matrix is preferably pearlite or a mixed structure of ferrite and pearlite. The iron-based sintered component contains free carbon within the pores that has not diffused into the iron matrix.

鉄基焼結部材は、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有する。炭素の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、燃焼-赤外線吸収法(JIS G 1211-3:2013)に従い測定することができる。 The iron-based sintered component contains iron, 0.1-3.5 mass % carbon, aluminum, sodium, and sulfur. The carbon content is the content based on the mass of the iron-based sintered member, and can be measured, for example, according to the combustion-infrared absorption method (JIS G 1211-3:2013).

鉄基焼結部材において、炭素の含有量が0.1質量%以上であると、鉄基焼結部材の被削性向上の優れた効果が得られる。その一方で、炭素の含有量が3.5質量%以下であると気孔が増えすぎることを防止でき、鉄基焼結部材の機械的強さを維持できる。このため、鉄基焼結部材に含まれる炭素は、0.1~3.5質量%とする。炭素の含有量は、0.3~2.5質量%であることが好ましく、0.5~1.5質量%であることがより好ましく、0.6~1.0質量%であることが更に好ましい。 When the carbon content in the iron-based sintered member is 0.1% by mass or more, an excellent effect of improving the machinability of the iron-based sintered member can be obtained. On the other hand, when the carbon content is 3.5% by mass or less, it is possible to prevent the pores from increasing too much, and the mechanical strength of the iron-based sintered member can be maintained. Therefore, the carbon content in the iron-based sintered member should be 0.1 to 3.5% by mass. The carbon content is preferably 0.3 to 2.5% by mass, more preferably 0.5 to 1.5% by mass, and 0.6 to 1.0% by mass. More preferred.

一般に、鉄基焼結部材の製造に使用される鉄粉末及び/又は鉄合金粉末(本明細書において、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を「鉄基粉末」という場合がある。)は、製鋼時に混入するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を不純物として含有する。一例を挙げると、不純物として鉄基粉末に含有されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、いずれも、鉄基粉末の質量を基準として0.01質量%程度である。 In general, iron powder and/or iron alloy powder used for manufacturing iron-based sintered members (in this specification, at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder is referred to as "iron-based powder" ) contains aluminum, sodium, and sulfur that are mixed in during steelmaking as impurities. For example, aluminum, sodium, and sulfur contained in the iron-based powder as impurities are all about 0.01% by mass based on the mass of the iron-based powder.

一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、鉄基粉末に由来する不純物に加え、気孔に接する鉄基地の表面(本明細書において、気孔に接する鉄基地の表面を「気孔表面」又は「気孔と鉄基地の界面」という場合がある。)に、濃化したアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を有する。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在していることは、鉄基焼結部材の表面を、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて面分析することにより確認できる。「気孔に接する鉄基地の表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在」とは、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄のそれぞれについて、「気孔に接する鉄基地の表面」における濃度が「気孔に接していない鉄基地の表面」に検出される濃度よりも高いことをいう。具体的には、面分析による「気孔に接する鉄基地の表面」におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の検出量が、それぞれ、「気孔に接していない鉄基地の表面」におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の検出量より高いことをいい、面分析により得られるマッピング画像により確認することができる。確認には、電子線マイクロアナライザ(例えば、株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」)を使用することができ、条件は、例えば、加速電圧15kV、試料電流100nAである。 According to one embodiment, the iron-based sintered member contains, in addition to impurities derived from the iron-based powder, the surface of the iron matrix in contact with the pores (in this specification, the surface of the iron matrix in contact with the pores is referred to as the "pore surface" or It has concentrated aluminum, sodium, and sulfur at the "interface between the pores and the iron matrix"). The presence of concentrated aluminum, sodium, and sulfur can be confirmed by surface analysis of the surface of the iron-based sintered member using, for example, an electron probe microanalyzer (EPMA). "Aluminum, sodium, and sulfur are concentrated on the surface of the iron matrix in contact with the pores" means that the concentration of each of aluminum, sodium, and sulfur on the "surface of the iron matrix in contact with the pores" is "at the stomata." Concentration higher than that detected on the non-contact iron base surface. Specifically, the detected amounts of aluminum, sodium, and sulfur on the "surface of the iron matrix in contact with pores" by surface analysis are respectively It means higher than the detected amount, and can be confirmed by a mapping image obtained by surface analysis. For confirmation, an electron probe microanalyzer (eg, "EPMA-1600W" manufactured by Shimadzu Corporation) can be used, and the conditions are, for example, an acceleration voltage of 15 kV and a sample current of 100 nA.

また、一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、気孔表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上である。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、鉄基焼結部材の表面における気孔表面を、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて面分析することによって測定できる。アルミニウム濃度は、0.1~1.0質量%であることが好ましく、0.12~0.5質量%であることがより好ましく、0.15~0.3質量%であることが更に好ましい。ナトリウム濃度は、0.05~1.0質量%であることが好ましく、0.15~0.6質量%であることがより好ましく、0.3~0.5質量%であることが更に好ましい。硫黄濃度は、0.05~0.5質量%であることが好ましく、0.08~0.3質量%であることがより好ましく、0.15~0.25質量%であることが更に好ましい。これらの含有量(質量%)は、気孔表面の面分析を行った範囲の鉄基焼結部材の質量を基準とする。「気孔表面の面分析を行った範囲」は、範囲内に気孔表面を含む、倍率3,000倍の視野範囲とすることができる。気孔表面の面分析は、鉄基焼結部材の表面の任意の箇所について行うことができる。含有量として、電子線マイクロアナライザ(例えば、株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」)を使用し、加速電圧15kV、試料電流100nAの条件で測定した値を採用することができる。好ましくは、鉄基焼結部材は、EPMAを用いた前記条件による倍率3,000倍の視野範囲にて、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上となる箇所を、少なくとも1箇所有する。 Further, according to one embodiment, the iron-based sintered member has an aluminum concentration of 0.1% by mass or more, a sodium concentration of 0.05% by mass or more, and a sulfur concentration of 0.05% by mass on the pore surface. That's it. The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur can be measured by surface analysis of the pore surfaces on the surface of the iron-based sintered member using, for example, an electron probe microanalyzer (EPMA). The aluminum concentration is preferably 0.1 to 1.0% by mass, more preferably 0.12 to 0.5% by mass, even more preferably 0.15 to 0.3% by mass. . The sodium concentration is preferably 0.05 to 1.0% by mass, more preferably 0.15 to 0.6% by mass, even more preferably 0.3 to 0.5% by mass. . The sulfur concentration is preferably 0.05 to 0.5% by mass, more preferably 0.08 to 0.3% by mass, even more preferably 0.15 to 0.25% by mass. . These contents (% by mass) are based on the mass of the iron-based sintered member within the range of surface analysis of the pore surfaces. The “range of surface analysis of pore surfaces” can be a field of view at a magnification of 3,000 that includes the pore surfaces. Planar analysis of the pore surface can be performed on any arbitrary portion of the surface of the iron-based sintered member. As the content, a value measured using an electron probe microanalyzer (for example, "EPMA-1600W" manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions of an acceleration voltage of 15 kV and a sample current of 100 nA can be adopted. Preferably, the iron-based sintered member has an aluminum concentration of 0.1% by mass or more, a sodium concentration of 0.05% by mass or more, a sulfur has at least one location where the concentration of is 0.05% by mass or more.

好ましい一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、気孔表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化しており、かつ、気孔表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄濃度が0.05質量%以上である。 According to a preferred embodiment, the iron-based sintered member has aluminum, sodium, and sulfur concentrated on the pore surfaces, and the pore surfaces have an aluminum concentration of 0.1% by mass or more and a sodium concentration of 0.1% by mass or more. is 0.05% by mass or more, and the sulfur concentration is 0.05% by mass or more.

鉄基地に含有されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、特に限定されないが、通常、鉄基地の質量を基準として、いずれも0.05質量%未満であることが好ましく、0.03質量%未満であることがより好ましく、0.0質量%であることが更に好ましい。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)観察による1,000倍の視野で、エネルギー分散型X線分析(EDS)により鉄基地の表面の気孔に接していない部分を面分析することで測定できる。気孔に接していない鉄基地の面分析は、鉄基焼結部材の表面の任意の箇所について行えばよい。 The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur contained in the iron matrix are not particularly limited, but are usually less than 0.05% by mass, preferably less than 0.03% by mass, based on the mass of the iron matrix. It is more preferably less than 0.0% by mass. The concentration of aluminum, sodium, and sulfur can be determined, for example, by scanning electron microscopy (SEM) observation at a magnification of 1,000 and by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) in the areas of the surface of the iron matrix that are not in contact with pores. can be measured by surface analysis. The surface analysis of the iron matrix that is not in contact with the pores may be performed on an arbitrary portion of the surface of the iron-based sintered member.

鉄基焼結部材においては、気孔と鉄基地との界面のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、酸化物及び/又は複合酸化物の形態で存在しているものと考えられる。界面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄によって、鉄基焼結部材は、気孔内に炭素を保持することができ、その結果、優れた被削性が得られると推測される。 In the iron-based sintered member, aluminum, sodium, and sulfur at the interface between the pores and the iron matrix are considered to exist in the form of oxides and/or composite oxides. It is speculated that the presence of aluminum, sodium, and sulfur at the interface allows the iron-based sintered component to retain carbon within the pores, resulting in excellent machinability.

鉄基焼結部材における遊離炭素の含有量は、優れた被削性を得る観点から、鉄基焼結部材の質量を基準として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.15質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることが更に好ましく、0.35質量%以上であることが特に好ましい。一方、遊離炭素の含有量は、十分な強度を得る観点から、鉄基焼結部材の質量を基準として、0.6質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、0.45質量%以下であることが更に好ましい。遊離炭素の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、遊離炭素定量方法(JIS G 1211-5:2011)に従い測定することができる。 From the viewpoint of obtaining excellent machinability, the content of free carbon in the iron-based sintered member is preferably 0.1 mass% or more based on the mass of the iron-based sintered member, and is preferably 0.15 mass. % or more, more preferably 0.3 mass % or more, and particularly preferably 0.35 mass % or more. On the other hand, from the viewpoint of obtaining sufficient strength, the content of free carbon is preferably 0.6% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, based on the mass of the iron-based sintered member. More preferably, it is 0.45% by mass or less. The free carbon content is the content based on the mass of the iron-based sintered member, and can be measured, for example, according to the free carbon quantification method (JIS G 1211-5:2011).

鉄基焼結部材は、銅を含有してもよい。好ましい一実施形態において、鉄基焼結部材は、鉄と、0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有する。より好ましくは、鉄基焼結部材は、0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなる。銅の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、鉄及び鋼-ICP発光分光分析方法(JIS G 1258:2014)に従い測定することができる。 The iron-based sintered member may contain copper. In a preferred embodiment, the iron-based sintered component contains iron, 0.1-3.5% by weight carbon, 0.5-6.0% by weight copper, aluminum, sodium, and sulfur. contains. More preferably, the iron-based sintered member contains 0.1 to 3.5% by mass of carbon, 0.5 to 6.0% by mass of copper, aluminum, sodium, and sulfur, the balance being Consists of iron and unavoidable impurities. The content of copper is the content based on the mass of the iron-based sintered member, and can be measured, for example, according to the iron and steel-ICP emission spectroscopic analysis method (JIS G 1258:2014).

鉄基焼結部材の製造方法は特に限定されない。後述する鉄基粉末混合物を使用して製造する方法、後述する鉄基焼結部材の製造方法を使用する方法が好ましい。 The method for producing the iron-based sintered member is not particularly limited. A manufacturing method using an iron-based powder mixture, which will be described later, and a method using a manufacturing method for an iron-based sintered member, which will be described later, are preferable.

[鉄基粉末混合物]
本発明の一実施形態である鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを合計して0.05~1.5質量%とを含有する。硫酸ナトリウムの含有量は、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムの合計の質量を基準とし、0.5質量%以上である。高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムとして、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末を用いることができる。
また、本発明の一実施形態である鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有する。硫酸ナトリウムの含有量は、混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である。鉄基粉末混合物は、酸化硼素粉末に替わる有効な成分として、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む混合粉末を含有する。
[Iron-based powder mixture]
An iron-based powder mixture, which is one embodiment of the present invention, comprises at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, and an aluminum salt of a higher fatty acid. and a total of 0.05 to 1.5% by mass of sodium sulfate. The content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more based on the total mass of the higher fatty acid aluminum salt and sodium sulfate. A mixed powder containing a higher fatty acid aluminum salt and sodium sulfate can be used as the higher fatty acid aluminum salt and sodium sulfate.
Further, the iron-based powder mixture, which is one embodiment of the present invention, includes at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, and higher fatty acid. 0.05 to 1.5% by mass of mixed powder containing aluminum salt and sodium sulfate. The content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more based on the mass of the mixed powder. The iron-based powder mixture contains a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate as effective ingredients in place of the boron oxide powder.

(混合粉末)
混合粉末は、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む。高級脂肪酸のアルミニウム塩としては、一般に用いられる成形潤滑剤粉末を使用することができる。高級脂肪酸の炭素数は、潤滑剤としての十分な効果を得る観点から、12以上が好ましく、14以上がより好ましく、16以上が更に好ましい。また、高級脂肪酸の炭素数は、被削性を向上させ、かつ、高い圧粉体の密度を得る観点から、28以下が好ましく、26以下がより好ましく、22以下が更に好ましい。
(mixed powder)
The mixed powder contains an aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate. As the higher fatty acid aluminum salt, a commonly used molding lubricant powder can be used. The number of carbon atoms in the higher fatty acid is preferably 12 or more, more preferably 14 or more, and even more preferably 16 or more, from the viewpoint of obtaining a sufficient effect as a lubricant. Further, the number of carbon atoms in the higher fatty acid is preferably 28 or less, more preferably 26 or less, and even more preferably 22 or less, from the viewpoint of improving machinability and obtaining a high density of the green compact.

高級脂肪酸のアルミニウム塩として、例えば、ステアリン酸アルミニウム、12-ヒドロキシステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、ミリスチン酸アルミニウム、パルミチン酸アルミニウム、リシノール酸アルミニウム、ベヘン酸アルミニウム等の粉末が挙げられる。好ましくは、ステアリン酸アルミニウムである。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、1種を単独で用いても、又は、複数種を組み合わせて用いてもよい。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、酸化硼素粉末又は酸化硼素を含む窒化硼素粉末に比して極めて安価であるため、原料コストを大幅に低減することができる。 Examples of aluminum salts of higher fatty acids include powders of aluminum stearate, aluminum 12-hydroxystearate, aluminum laurate, aluminum myristate, aluminum palmitate, aluminum ricinoleate, and aluminum behenate. Aluminum stearate is preferred. Aluminum salts of higher fatty acids may be used singly or in combination. Aluminum salts of higher fatty acids are extremely inexpensive compared to boron oxide powders or boron nitride powders containing boron oxide, so that raw material costs can be greatly reduced.

硫酸ナトリウムの含有量は、混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上であり、好ましくは0.5~10質量%である。硫酸ナトリウムの含有量が0.5質量%以上であると、鉄基焼結部材の気孔表面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を濃化させること、及び/又は、気孔表面に適切な量のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を存在させることができる。その一方で、硫酸ナトリウムの含有量が10質量%以下であると、鉄基焼結部材の気孔表面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が過多にならず、鉄基粉末同士の結合が阻害されることなく、焼結を進行させることができる。硫酸ナトリウムの含有量は、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上が更に好ましい。また、硫酸ナトリウムの含有量は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。 The content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more, preferably 0.5 to 10% by mass, based on the mass of the mixed powder. If the content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more, the pore surfaces of the iron-based sintered member are enriched with aluminum, sodium, and sulfur, and/or an appropriate amount of aluminum is added to the pore surfaces; Sodium and sulfur can be present. On the other hand, when the content of sodium sulfate is 10% by mass or less, aluminum, sodium, and sulfur existing on the pore surfaces of the iron-based sintered member do not become excessive, and the bonding between the iron-based powders is hindered. sintering can proceed without The content of sodium sulfate is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and even more preferably 1.5% by mass or more. Also, the content of sodium sulfate is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less.

混合粉末は、残部として、高級脂肪酸のアルミニウム塩と不可避不純物とを含有する。高級脂肪酸のアルミニウム塩の含有量は、混合粉末の質量を基準として、好ましくは95質量%以上である。混合粉末は、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末と硫酸ナトリウム粉末とを混合することにより得られる。また、「高級脂肪酸のアルミニウム塩」として市販されている少量の硫酸ナトリウムを含有する高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末を、混合粉末として用いることも可能である。 The mixed powder contains aluminum salt of higher fatty acid and unavoidable impurities as balance. The content of the higher fatty acid aluminum salt is preferably 95% by mass or more based on the mass of the mixed powder. The mixed powder is obtained by mixing higher fatty acid aluminum salt powder and sodium sulfate powder. Further, it is also possible to use a powder of a higher fatty acid aluminum salt containing a small amount of sodium sulfate, which is commercially available as a "higher fatty acid aluminum salt", as the mixed powder.

混合粉末の含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、0.05~1.5質量%である。混合粉末の含有量が0.05質量%以上であると、鉄基焼結部材の気孔表面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を濃化させること、及び/又は、気孔表面に適切な量のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を存在させることができる。その一方で、混合粉末の含有量が1.5質量%以下であると、鉄基焼結部材の気孔表面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が過多にならず、鉄基粉末同士の結合が阻害されることなく、焼結を進行させることができる。混合粉末の含有量は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましい。また、混合粉末の含有量は、1.2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。 The content of the mixed powder is 0.05 to 1.5% by mass based on the mass of the iron-based powder. When the content of the mixed powder is 0.05% by mass or more, the pore surfaces of the iron-based sintered member are enriched with aluminum, sodium, and sulfur, and/or an appropriate amount of aluminum is added to the pore surfaces. Sodium and sulfur can be present. On the other hand, when the content of the mixed powder is 1.5% by mass or less, aluminum, sodium, and sulfur existing on the pore surfaces of the iron-based sintered member do not become excessive, and the iron-based powders are bonded together. Sintering can proceed without hindrance. The content of the mixed powder is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more. Moreover, the content of the mixed powder is preferably 1.2% by mass or less, more preferably 1% by mass or less.

一般に、高級脂肪酸の金属塩の粉末は、原料粉末に添加される成形潤滑剤として用いられ、安価なものである。また、高級脂肪酸の金属塩は、焼結時の昇温過程で分解して除去されるため、焼結による鉄基粉末同士の拡散接合を阻害しない。このような高級脂肪酸の金属塩として高級脂肪酸のアルミニウム塩を用いるとともに、硫酸ナトリウムを用いると、昇温過程で高級脂肪酸のアルミニウム塩が分解して生じたアルミニウムと、ナトリウム及び硫黄とが、鉄基地と気孔との界面に濃化して残留する。残留したアルミニウムとナトリウムと硫黄とが、黒鉛粉末からの炭素の拡散を防止するバリアとなって、鉄基地への炭素の拡散が抑制され、焼結後に得られる鉄基焼結部材は、気孔内に遊離炭素を含有するものになると考えられる。 In general, higher fatty acid metal salt powders are used as molding lubricants added to raw material powders and are inexpensive. Further, since the metal salt of the higher fatty acid is decomposed and removed during the heating process during sintering, it does not interfere with the diffusion bonding of the iron-based powders by sintering. When an aluminum salt of a higher fatty acid is used as such a metal salt of a higher fatty acid and sodium sulfate is used, aluminum generated by decomposition of the aluminum salt of a higher fatty acid during the temperature rising process, sodium and sulfur are combined into an iron base. and remain concentrated at the interface between the The remaining aluminum, sodium, and sulfur act as a barrier to prevent the diffusion of carbon from the graphite powder, suppressing the diffusion of carbon to the iron matrix, and the iron-based sintered member obtained after sintering has pores inside the pores. is thought to contain free carbon.

(鉄基粉末)
鉄基粉末は、鉄(Fe)粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含む。鉄合金に含まれる元素として、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、炭素(C)等が挙げられる。鉄基粉末として、1種の粉末を単独で用いても、2種以上の粉末を混合して用いてもよい。
(iron-based powder)
The iron-based powder contains at least one selected from the group consisting of iron (Fe) powder and iron alloy powder. Elements contained in iron alloys include copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), vanadium (V), manganese (Mn), titanium (Ti), aluminum (Al), carbon ( C) and the like. As the iron-based powder, one type of powder may be used alone, or two or more types of powder may be mixed and used.

(黒鉛粉末)
鉄基粉末混合物は、鉄基粉末の質量を基準として、0.1~3.5質量%の黒鉛粉末を含有する。黒鉛粉末の含有量が0.1質量%以上であると、焼結後に得られる鉄基焼結部材の気孔内に分散する遊離炭素の量が十分となり、被削性向上の効果が得られる。その一方で、黒鉛粉末の添加量が3.5質量%以下であると、焼結後に得られる鉄基焼結部材の気孔の量が過多にならず、鉄基焼結部材の機械的強さが維持される。黒鉛粉末は、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄により鉄基地への拡散が抑制されて、大部分が気孔内に遊離炭素として残留する。黒鉛粉末の一部は鉄基地に拡散して、鉄基地の組織をパーライト又はパーライトとフェライトとの混合組織として鉄基地の機械的強さの向上に寄与し、その結果、鉄基焼結部材の機械的強度が向上する。
(graphite powder)
The iron-based powder mixture contains 0.1-3.5% by weight of graphite powder, based on the weight of the iron-based powder. When the graphite powder content is 0.1% by mass or more, a sufficient amount of free carbon is dispersed in the pores of the iron-based sintered member obtained after sintering, and the effect of improving the machinability is obtained. On the other hand, when the amount of graphite powder added is 3.5% by mass or less, the amount of pores in the iron-based sintered member obtained after sintering does not become excessive, and the mechanical strength of the iron-based sintered member is improved. is maintained. Graphite powder is inhibited from diffusing into the iron matrix by aluminum, sodium, and sulfur, and mostly remains as free carbon in the pores. Part of the graphite powder diffuses into the iron matrix and contributes to the improvement of the mechanical strength of the iron matrix as a pearlite or a mixed structure of pearlite and ferrite. Improves mechanical strength.

(任意の粉末)
鉄基粉末混合物は任意の粉末を含んでもよい。任意の粉末として、例えば、鉄基粉末以外の金属粉末及び/又は金属合金粉末、成形潤滑剤粉末等が挙げられる。任意の粉末により、焼結体を改質、強化等することが可能である。任意の粉末は、所望とする焼結体の特性に応じ、適宜選択して使用することができる。鉄基粉末混合物は、銅(Cu)粉末及び銅合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、銅粉末を含むことがより好ましい。銅(Cu)粉末及び銅合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含む場合、その含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、0.5質量%以上であることが好ましい。また、含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、10質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましい。
(any powder)
The iron-based powder mixture may contain any powder. Examples of arbitrary powders include metal powders and/or metal alloy powders other than iron-based powders, molding lubricant powders, and the like. Any powder can be used to modify, strengthen, etc. the sintered body. Any powder can be appropriately selected and used according to the desired properties of the sintered body. The iron-based powder mixture preferably contains at least one selected from the group consisting of copper (Cu) powder and copper alloy powder, and more preferably contains copper powder. When at least one selected from the group consisting of copper (Cu) powder and copper alloy powder is included, the content thereof is preferably 0.5% by mass or more based on the mass of the iron-based powder. Also, the content is preferably 10% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, based on the mass of the iron-based powder.

また、成形工程において押型法に用いられる鉄基粉末混合物では、通常、成形潤滑剤粉末を含むものであるが、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末のみを成形潤滑剤粉末として用いても、又は、アルミニウム塩以外の高級脂肪酸塩の粉末、ワックス等の通常用いられる成形潤滑剤粉末を併用してもよい。 In addition, the iron-based powder mixture used in the stamping method in the molding process usually contains a molding lubricant powder. A powder of a higher fatty acid salt, a powder of a commonly used molding lubricant such as wax, etc. may be used in combination.

(組成)
一実施形態によれば、鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び/又は鉄合金粉末を主成分として含有し、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、混合粉末0.05~1.5質量%とを含有するものであれば、どのような粉末混合物であってもよい。
(composition)
According to one embodiment, the iron-based powder mixture contains iron powder and/or iron alloy powder as a main component, and contains 0.1 to 3.5% by weight of graphite powder and 0.05 to 1.5% by weight of mixed powder. Any powder mixture containing

例えば、鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%とを含む。好ましくは、鉄基粉末混合物は、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなる。銅粉末の含有量は、0.5~6質量であることが好ましい。 For example, the iron-based powder mixture includes at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, and 0 to 10% by mass of copper powder. 0.05 to 1.5% by weight of powder. Preferably, the iron-based powder mixture contains 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, 0 to 10% by mass of copper powder, 0.05 to 1.5% by mass of the mixed powder, and the balance of iron powder and at least one selected from the group consisting of iron alloy powder and inevitable impurities. The content of copper powder is preferably 0.5 to 6 mass.

鉄基粉末混合物は、構造用焼結部材の製造に広く用いることができる。特に、鉄-銅-炭素系の焼結部材の製造に適している。 Iron-based powder mixtures can be widely used in the production of sintered structural components. In particular, it is suitable for producing iron-copper-carbon-based sintered parts.

[鉄基焼結部材の製造方法]
一実施形態によれば、鉄基焼結部材の製造方法は、上述の鉄基粉末混合物を金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得ること(成形工程)、及び、圧粉体を、非酸化性ガス雰囲気中、炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すること(焼結工程)を有する。鉄基焼結部材の製造方法は、任意の工程を更に有してもよい。
[Manufacturing method of iron-based sintered member]
According to one embodiment, a method for producing an iron-based sintered member includes filling a mold with the iron-based powder mixture described above and performing compression molding to obtain a green compact (molding step); is sintered in a non-oxidizing gas atmosphere at a temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix (sintering step). The method for manufacturing an iron-based sintered member may further have an arbitrary step.

(成形工程)
成形工程では、鉄基粉末混合物を所望の金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得る。成形方法に特に制限はなく、例えば押型法を適用できる。一般的な押型法では、原料粉末を金型の型孔に充填して上下パンチにより圧縮成形し、得られた圧粉体を金型から抜き出す。鉄基粉末混合物が成形潤滑剤粉末として機能する高級脂肪酸のアルミニウム塩を含むため、圧粉体の型孔からの抜き出しの際に圧粉体と金型の型孔のカジリを防止することができる。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、圧粉体の内部に均一に分散されることが好ましい。
(Molding process)
In the molding step, the iron-based powder mixture is filled into a desired mold and compression-molded to obtain a green compact. The molding method is not particularly limited, and for example, a stamping method can be applied. In a general stamping method, a raw material powder is filled into a mold cavity of a mold, compression-molded by upper and lower punches, and the obtained green compact is extracted from the mold. Since the iron-based powder mixture contains an aluminum salt of a higher fatty acid that functions as a molding lubricant powder, it is possible to prevent galling between the green compact and the mold cavity when the green compact is extracted from the mold cavity. . The higher fatty acid aluminum salt is preferably dispersed uniformly inside the green compact.

(焼結工程)
焼結工程では、得られた圧粉体を焼結炉にて所定の雰囲気と温度により焼結する。優れた被削性及び強度が得られる機構は、明らかになっていないものの、次のように考えられる。すなわち、圧粉体を炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すると、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末及び硫酸ナトリウムは、焼結のための昇温過程(200~600℃)において分解する。金属成分であるアルミニウムと、硫酸ナトリウムの分解により生じたナトリウム及び硫黄との少なくとも一部は、鉄基粉末の表面に吸着するとともに、鉄基粉末の表面に吸着する水分が高温(500℃程度)で脱着して発生する酸素、又は、鉄基粉末の表面に結合する酸素が高温(900~1,000℃程度)で還元されて発生する酸素と結合し、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の酸化物及び/又は複合酸化物となって、鉄基粉末が結合した後の鉄基地の表面、すなわち、鉄基地と気孔との界面に残留する。酸化物及び/又は複合酸化物が、黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散に先だって、鉄基地表面を被覆する結果、被覆がバリアとして機能し、気孔内部の黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散が防止されるものと推測される。
(Sintering process)
In the sintering step, the green compact obtained is sintered in a sintering furnace under a predetermined atmosphere and temperature. Although the mechanism by which excellent machinability and strength are obtained has not been elucidated, it is considered as follows. That is, when the green compact is sintered at a temperature higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix, the higher fatty acid aluminum salt powder and sodium sulfate decompose during the temperature rising process (200 to 600 ° C.) for sintering. do. At least part of aluminum, which is a metal component, and sodium and sulfur generated by decomposition of sodium sulfate are adsorbed on the surface of the iron-based powder, and the moisture adsorbed on the surface of the iron-based powder is at a high temperature (about 500 ° C.). Oxygen generated by desorption at or oxygen bound to the surface of the iron-based powder is reduced at high temperature (about 900 to 1,000 ° C) and combines with oxygen generated to form oxides of aluminum, sodium, and sulfur. and/or become a composite oxide and remain on the surface of the iron matrix after the iron-based powder is bonded, that is, on the interface between the iron matrix and pores. The oxide and/or composite oxide coats the surface of the iron matrix prior to the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron matrix. It is presumed that diffusion is prevented.

焼結工程の昇温過程においては、850℃程度から、黒鉛粉末から鉄基粉末及び/又は鉄基地への若干の炭素の拡散が始まり、温度が上昇するに従い、炭素の拡散量が増大し、1,000~1,200℃において、著しく炭素の拡散が進行する。高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む圧粉体を焼結すると、炭素が拡散する温度において、鉄基粉末及び/又は鉄基地と気孔との界面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の酸化物又は複合酸化物が形成される。酸化物及び/又は複合酸化物が黒鉛粉末から鉄基粉末(及び鉄基地)への炭素の拡散のバリアとして機能して、鉄基粉末の拡散接合が進み、炭素が著しく拡散する1,000~1,200℃の焼結温度においても、黒鉛粉末から鉄基粉末(及び鉄基地)への炭素の拡散が抑制される。そのため、焼結後に得られる鉄基焼結部材の金属組織は、気孔内に遊離炭素が残留して分散したものとなる。また、このとき、鉄基粉末同士の拡散による接合は十分に行われて、焼結が十分に進行する。その結果、得られた焼結体は、焼結が十分に進行して機械的強さが大きく、その一方で気孔内に炭素が分散しているために被削性も高いものとなる。 In the temperature rising process of the sintering process, from about 850° C., diffusion of some carbon from the graphite powder to the iron-based powder and/or the iron matrix begins, and as the temperature rises, the amount of carbon diffusion increases. At 1,000 to 1,200° C., carbon diffusion proceeds remarkably. When the green compact containing the aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate is sintered, oxides of aluminum, sodium, and sulfur or oxides of aluminum, sodium, and sulfur are formed at the interface between the iron-based powder and/or the iron matrix and the pores at a temperature at which carbon diffuses. A complex oxide is formed. The oxide and/or composite oxide functions as a barrier for the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron-based powder (and the iron matrix), the diffusion bonding of the iron-based powder progresses, and the carbon diffuses significantly. Even at a sintering temperature of 1,200° C., diffusion of carbon from the graphite powder to the iron-based powder (and iron matrix) is suppressed. Therefore, the iron-based sintered member obtained after sintering has a metal structure in which free carbon remains and is dispersed in the pores. Also, at this time, the iron-based powders are sufficiently bonded by diffusion, and the sintering proceeds sufficiently. As a result, the obtained sintered body is sufficiently sintered to have high mechanical strength, and on the other hand, has high machinability because carbon is dispersed in the pores.

電子線マイクロアナライザ(EPMA)により鉄基焼結部材の表面の金属組織を面分析すると、気孔に接しない鉄基地の表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の量に比して、気孔表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の量が多くなる。原料の一つである鉄基粉末には製鋼時の不可避不純物としてアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が含まれる。気孔に接しない鉄基地の表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、鉄基粉末に含まれる不可避不純物に由来し、気孔表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムに由来すると考えられる。 When the metallographic structure of the surface of the iron-based sintered member is analyzed by an electron probe microanalyzer (EPMA), compared to the amounts of aluminum, sodium, and sulfur detected on the surface of the iron-based sintered material that is not in contact with the pores, the pore surface higher amounts of aluminum, sodium, and sulfur detected in Iron-based powder, which is one of the raw materials, contains aluminum, sodium, and sulfur as unavoidable impurities during steelmaking. Aluminum, sodium, and sulfur detected on the surface of the iron matrix not in contact with the pores originate from unavoidable impurities contained in the iron-based powder. Aluminum, sodium, and sulfur detected on the surface of the pores are derived from higher fatty acid aluminum. It is believed to be derived from salt and sodium sulphate.

原料粉末として、硫酸ナトリウムを含まず、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末を含む鉄基粉末混合物を用いた場合には、アルミニウムが鉄基地と気孔と界面に残留しない。詳細は不明であるが、本発明の実施形態では、アルミニウムとナトリウムと硫黄とが共存することで、鉄基地と気孔と界面にこれらが存在することになるものと考えられる。以上に説明した理由は推測であり、本発明を限定するものではない。 When an iron-based powder mixture containing higher fatty acid aluminum salt powder without sodium sulfate is used as the raw material powder, aluminum does not remain in the iron matrix, pores and interfaces. Although the details are unknown, in the embodiment of the present invention, it is considered that aluminum, sodium and sulfur are present in the iron matrix, the pores and the interfaces due to the coexistence of these. The reason explained above is speculation and does not limit the present invention.

焼結温度は、炭素の拡散温度以上の温度であり、1,000~1,200℃であることが好ましい。一般的に、黒鉛粉末から炭素が拡散し始める850℃程度以上の温度、かつ、1,000℃未満の温度で焼結する場合、黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散をより抑えることができる。しかしながら、1,000℃以上で焼結すると、鉄基粉末同士の拡散による接合が十分に進行し、得られる鉄基焼結部材の機械的強度が高くなる。その一方で、焼結温度が1,200℃以下であると、焼結炉の損耗を抑えることができる。熱処理のガス雰囲気は、窒素ガス等の非酸化性ガス雰囲気とする。 The sintering temperature is a temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon, preferably 1,000 to 1,200.degree. In general, when sintering at a temperature of about 850° C. or higher at which carbon begins to diffuse from the graphite powder and a temperature of less than 1,000° C., the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron matrix can be further suppressed. . However, when sintered at 1,000° C. or higher, the iron-based powders are sufficiently bonded by diffusion to each other, and the resulting iron-based sintered member has a high mechanical strength. On the other hand, if the sintering temperature is 1,200° C. or lower, wear of the sintering furnace can be suppressed. The gas atmosphere for heat treatment is a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen gas.

(任意の工程)
鉄基焼結部材の製造方法が有してもよい任意の工程として、焼結体を所望の形状に切削する切削工程、粉末を混合する混合工程、有機物等を除去する脱脂工程、焼結体を圧縮する再圧縮工程、焼結体の表面を処理する表面処理工程等が挙げられる。例えば、切削加工は、旋削加工、転削加工、又はこれらの両方であってよい。切削工具の材料として、サーメット、セラミックス、超硬合金、高速度工具鋼、ダイヤモンド焼結体、cBN焼結体等が挙げられる。
(optional process)
Optional steps that may be included in the method for producing an iron-based sintered member include a cutting step of cutting the sintered body into a desired shape, a mixing step of mixing powder, a degreasing step of removing organic matter, etc., and a sintered body. and a surface treatment step of treating the surface of the sintered body. For example, cutting may be turning, milling, or both. Materials for cutting tools include cermet, ceramics, cemented carbide, high-speed tool steel, diamond sintered bodies, cBN sintered bodies, and the like.

本発明の実施形態について実施例により具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例に限定されない。 Embodiments of the present invention will be specifically described with reference to Examples. Embodiments of the invention are not limited to the following examples.

<鉄基粉末混合物の作製>
[実施例1]
鉄粉、銅粉、黒鉛粉末、及び、ステアリン酸アルミニウムと硫酸ナトリウムとを含む混合粉末(A)を、表1に示す含有比率になるように10kg用V型混合機に投入し、30分間混合し、鉄基粉末混合物を得た。
<Preparation of iron-based powder mixture>
[Example 1]
Mixed powder (A) containing iron powder, copper powder, graphite powder, and aluminum stearate and sodium sulfate is put into a 10 kg V-type mixer so that the content ratio shown in Table 1 is obtained, and mixed for 30 minutes. to obtain an iron-based powder mixture.

[実施例2]
混合粉末(A)を、ステアリン酸アルミニウムと硫酸ナトリウムとを含む混合粉末(B)に変更した以外は実施例1と同様にして、鉄基粉末混合物を得た。
[Example 2]
An iron-based powder mixture was obtained in the same manner as in Example 1, except that mixed powder (A) was changed to mixed powder (B) containing aluminum stearate and sodium sulfate.

[比較例1]
混合粉末(A)を、ステアリン酸亜鉛粉末に変更した以外は実施例1と同様にして、鉄基粉末混合物を得た。
[Comparative Example 1]
An iron-based powder mixture was obtained in the same manner as in Example 1, except that zinc stearate powder was used as the mixed powder (A).

実施例1及び2並びに比較例1で使用した粉末を以下に示す。
鉄粉 :粒径180μm以下の水アトマイズ鉄粉
銅粉 :粒径150μm以下の電解銅粉
黒鉛粉末 :平均粒径20μmの天然黒鉛粉末
混合粉末(A) :下記表1に示す
混合粉末(B) :下記表1に示す
ステアリン酸亜鉛粉末:平均粒径13μm
The powders used in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown below.
Iron powder: Water-atomized iron powder with a particle size of 180 µm or less Copper powder: Electrolytic copper powder with a particle size of 150 µm or less Graphite powder: Natural graphite powder with an average particle size of 20 µm Mixed powder (A): Mixed powder (B) shown in Table 1 below : Zinc stearate powder shown in Table 1 below: average particle size 13 μm

Figure 0007322880000001
Figure 0007322880000001

混合粉末中の硫酸ナトリウムの含有量は、以下の手順に従い測定した。
(1)磁性るつぼに混合粉末約1.0gを精秤し、混合粉末が飛散しないように小さな炎で炭化した後、950~1,000℃の電気炉中で完全に灰化する。
(2)デシケータ中で30分間放冷後、一度灰化物を精秤した後、300mlビーカーに入れ、蒸留水200mlを加え30分間煮沸する。
No.5A定量濾紙(ADVANTECグループ製)を用いて濾過し、ビーカー中で沈殿物を流し込むようにしながら、蒸留水20mlで3回洗浄する。
(3)濾紙に残った沈殿物を、濾紙と共にるつぼに入れ、乾燥し、再び灰化する。
(4)デシケータ中で30分間放冷後、灰化物を精秤する。
(5)下記式より、硫酸ナトリウム(NaSO)の含有量(質量%)を算出する。
硫酸ナトリウム含有量(質量%)=
(1度目の灰化後の灰化物の質量(g)-2度目の灰化後の灰化物の質量(g))/混合粉末の質量(g)×100
The content of sodium sulfate in the mixed powder was measured according to the following procedure.
(1) About 1.0 g of mixed powder is precisely weighed in a magnetic crucible, carbonized with a small flame so as not to scatter the mixed powder, and then completely incinerated in an electric furnace at 950 to 1,000°C.
(2) After standing to cool in a desiccator for 30 minutes, the ashed material is accurately weighed once, placed in a 300 ml beaker, added with 200 ml of distilled water and boiled for 30 minutes.
No. It is filtered using 5A quantitative filter paper (manufactured by ADVANTEC Group) and washed three times with 20 ml of distilled water while pouring the sediment into the beaker.
(3) The sediment remaining on the filter paper is put into a crucible together with the filter paper, dried and incinerated again.
(4) After standing to cool in a desiccator for 30 minutes, the ash is accurately weighed.
(5) Calculate the content (% by mass) of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) from the following formula.
Sodium sulfate content (% by mass) =
(Mass (g) of ash after first ashing - Mass (g) of ash after second ashing)/Mass of mixed powder (g) x 100

混合粉末(A)の走査型電子顕微鏡(SEM)による写真、及び、エネルギー分散型X線分析(EDS)によるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の分布の評価結果を図2に示す。図2において、上段がSEM写真であり、下段がEDSによる元素分布を示す画像である(倍率200倍)。 FIG. 2 shows a photograph of the mixed powder (A) by a scanning electron microscope (SEM) and evaluation results of the distribution of aluminum, sodium, and sulfur by an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). In FIG. 2, the upper stage is the SEM photograph, and the lower stage is the image showing the elemental distribution by EDS (magnification: 200 times).

表2に、鉄粉の質量に対する各粉末の含有比率(質量%)を示す。 Table 2 shows the content ratio (% by mass) of each powder with respect to the mass of the iron powder.

Figure 0007322880000002
Figure 0007322880000002

<焼結体の作製>
[実施例3]
以下の方法に従い、実施例1で得た鉄基粉末混合物を用い、焼結体を作製した。
<Production of sintered body>
[Example 3]
A sintered body was produced using the iron-based powder mixture obtained in Example 1 according to the following method.

(焼結体の作製)
成形工程
実施例1で得た鉄基粉末混合物を、金型に充填し、圧粉体の密度が6.75g/cmになるように圧力を調節して、外径40mm、全長20mmの圧粉体を得た。
成形工程では、圧粉体を良好な状態で金型から抜出すことができ、圧粉体には、かじり、欠け等の不良が生じなかった。混合粉末(A)により十分な潤滑効果が得られた。
(Production of sintered body)
Molding process The iron-based powder mixture obtained in Example 1 was filled in a mold, and the pressure was adjusted so that the density of the green compact was 6.75 g/cm 3 . A powder was obtained.
In the molding process, the powder compact could be extracted from the mold in good condition, and defects such as galling and chipping did not occur in the green compact. A sufficient lubricating effect was obtained by the mixed powder (A).

焼結工程
圧粉体を、焼結炉内にて、非酸化雰囲気下(N+5体積%H雰囲気下)で、1,130℃にて20分間加熱して、焼結体(鉄基焼結部材)を得た。得られた焼結体の断面の光学顕微鏡写真を図3に示す(倍率200倍)。
Sintering step The green compact is heated in a sintering furnace under a non-oxidizing atmosphere (N 2 +5 vol% H 2 atmosphere) at 1,130 ° C. for 20 minutes to obtain a sintered body (iron-based A sintered member) was obtained. An optical microscope photograph of the cross section of the obtained sintered body is shown in FIG. 3 (magnification: 200).

(焼結体の評価)
(1)アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度
得られた焼結体の表面を、電子線マイクロアナライザ(株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」、測定条件:加速電圧15kV、試料電流100nA)により面分析した。気孔に接する鉄基地の表面におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度を表3に示す。
(Evaluation of sintered body)
(1) Concentrations of aluminum, sodium, and sulfur The surface of the obtained sintered body was analyzed with an electron probe microanalyzer (manufactured by Shimadzu Corporation "EPMA-1600W", measurement conditions: acceleration voltage 15 kV, sample current 100 nA). analyzed. Table 3 shows the concentrations of aluminum, sodium, and sulfur on the surface of the iron matrix in contact with the pores.

(2)炭素含有量
焼結体に含まれる炭素の含有量を、JIS G 1211-3:2013に従い測定した。結果を表3に示す。
(3)遊離炭素量
焼結体に含まれる遊離炭素の量を、JIS G 1211-5:2011に従い測定した。結果を表3に示す。
(2) Carbon content The content of carbon contained in the sintered body was measured according to JIS G 1211-3:2013. Table 3 shows the results.
(3) Amount of free carbon The amount of free carbon contained in the sintered body was measured according to JIS G 1211-5:2011. Table 3 shows the results.

[実施例4及び比較例2]
実施例1で得た鉄基粉末混合物を、それぞれ実施例2又は比較例1で得た鉄基粉末混合物に変更した以外は、実施例3と同様にして焼結体を作製した。得られた焼結体の断面の光学顕微鏡写真を図3に示す。
また、実施例3と同様にして、(1)アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度、(2)炭素含有量、及び(3)遊離炭素量を測定した。結果を表3に示す。また、実施例4の焼結体について、アルミニウム(Al)、ナトリウム(Na)、硫黄(S)、炭素(C)、及び酸素(O)の濃度分布を示す画像を図4に示す(倍率3,000倍)。なお、SEM画像中の暗い部分が気孔である。画像中の明るい部分が、それぞれの元素が検出された箇所である。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在している部分の厚さは約2μmであった。
[Example 4 and Comparative Example 2]
A sintered body was produced in the same manner as in Example 3, except that the iron-based powder mixture obtained in Example 1 was changed to the iron-based powder mixture obtained in Example 2 or Comparative Example 1, respectively. FIG. 3 shows an optical microscope photograph of the cross section of the obtained sintered body.
Further, in the same manner as in Example 3, (1) concentrations of aluminum, sodium, and sulfur, (2) carbon content, and (3) free carbon content were measured. Table 3 shows the results. Further, an image showing the concentration distribution of aluminum (Al), sodium (Na), sulfur (S), carbon (C), and oxygen (O) in the sintered body of Example 4 is shown in FIG. ,000 times). Dark portions in the SEM image are pores. Bright areas in the image are locations where each element was detected. The thickness of the portion where aluminum, sodium, and sulfur were concentrated was about 2 μm.

Figure 0007322880000003
Figure 0007322880000003

<被削性及び強度の評価>
実施例3及び4並びに比較例2の焼結体を切削し、切削工具の摩耗量を確認することによって、焼結体の被削性を評価した。また、実施例3及び4並びに比較例2の焼結体の表面の硬さを測定することによって、焼結体の強度を評価した。
<Evaluation of machinability and strength>
The machinability of the sintered bodies was evaluated by cutting the sintered bodies of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 and confirming the amount of wear of the cutting tool. Moreover, the strength of the sintered bodies of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 was evaluated by measuring the surface hardness of the sintered bodies.

(焼結体の被削性)
焼結体の端面を、旋盤加工により切削した。旋盤加工は以下の条件に従って実施した。図5は、旋盤加工工程を示す模式図である。図5中、11は切削工具を、14はホルダを、15は焼結体を示し、図5(a)は側面模式図であり、図5(b)は正面模式図である。図6は、切削に使用した後の切削工具を示す斜視模式図である。図6中、11は切削工具を、12はすくい面を、13は逃げ面を、13aは逃げ面の摩耗部を、13bは摩耗部の幅を示す。
(Machinability of sintered body)
The end face of the sintered body was cut by lathe processing. Lathe processing was performed according to the following conditions. FIG. 5 is a schematic diagram showing a lathe machining process. In FIG. 5, 11 denotes a cutting tool, 14 denotes a holder, and 15 denotes a sintered body. FIG. 5(a) is a schematic side view, and FIG. 5(b) is a schematic front view. FIG. 6 is a schematic perspective view showing the cutting tool after being used for cutting. In FIG. 6, 11 is the cutting tool, 12 is the rake face, 13 is the flank face, 13a is the worn portion of the flank face, and 13b is the width of the worn portion.

切削機械:NC旋盤(Numerical Control旋盤)
切削工具:サーメット製スローアウェイチップ(材質:NX2525、三菱マテリアル株式会社製「TNMG160404」)
切削速度:350m/min
送り :0.03mm/rev
取り代 :0.10mm
Cutting machine: NC lathe (Numerical Control lathe)
Cutting tool: Cermet indexable tip (Material: NX2525, "TNMG160404" manufactured by Mitsubishi Materials Corporation)
Cutting speed: 350m/min
Feed: 0.03mm/rev
Machining allowance: 0.10mm

図7は、切削距離と逃げ面の摩耗量との関係を示すグラフである。図7に示されるように、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を使用して作製した焼結体は、切削工具の摩耗を大幅に抑えることができ、被削性が優れていた。高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を用いれば、切削工具の劣化を防止できるために、鉄基焼結部材の製造コストを抑えることができる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the cutting distance and the amount of flank wear. As shown in FIG. 7, the sintered body produced using the mixed powder containing the aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate can greatly suppress wear of the cutting tool and has excellent machinability. was The use of a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate can prevent deterioration of the cutting tool, thereby reducing the manufacturing cost of the iron-based sintered member.

(焼結体の強度)
焼結体の表面のビッカース硬さを、JIS Z 2244:2009に従い測定した。
測定結果を表4に示す。
(Strength of sintered body)
The Vickers hardness of the surface of the sintered body was measured according to JIS Z 2244:2009.
Table 4 shows the measurement results.

Figure 0007322880000004
Figure 0007322880000004

表4に示されるように、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を使用して作製した焼結体は、十分な強度を有していた。 As shown in Table 4, the sintered body produced using the mixed powder containing the aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate had sufficient strength.

本発明の実施形態である鉄基焼結部材は、焼結が進行して高い機械的強さを有し、気孔内に遊離炭素が分散して優れた被削性を有するとともに、安価なものである。本発明の実施形態である鉄基焼結部材は、例えば、アルミニウム合金製のシリンダヘッドに組み付けられてアルミニウム合金とともに切削加工されるベアリングキャップに好適なものである。 The iron-based sintered member of the embodiment of the present invention is sintered to have high mechanical strength, free carbon is dispersed in the pores and has excellent machinability, and is inexpensive. is. The iron-based sintered member, which is an embodiment of the present invention, is suitable for, for example, a bearing cap that is assembled to a cylinder head made of an aluminum alloy and machined together with the aluminum alloy.

本願の開示は、2018年7月5日に出願された特願2018-128224号に記載の主題と関連しており、その全ての開示内容は引用によりここに援用される。 The disclosure of the present application relates to the subject matter described in Japanese Patent Application No. 2018-128224 filed on July 5, 2018, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

1 ベアリングキャップ
2 シリンダブロック
2a 矩形状の凹部
2b 半円状の凹部
3 軸受
4 ボルト
5 クランクシャフト
11 切削工具
12 すくい面
13 逃げ面
13a 摩耗部
13b 摩耗部の幅
14 ホルダ
15 焼結体
1 Bearing cap 2 Cylinder block 2a Rectangular recess 2b Semicircular recess 3 Bearing 4 Bolt 5 Crankshaft 11 Cutting tool 12 Rake face 13 Flank face 13a Wear part 13b Width of wear part 14 Holder 15 Sintered body

Claims (3)

鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有し、前記硫酸ナトリウムの含有量が、前記混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である、鉄基粉末混合物。 Mixed powder 0.05 to 1.5 containing at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate % by mass, and the content of the sodium sulfate is 0.5% by mass or more based on the mass of the mixed powder. 前記高級脂肪酸が、ステアリン酸、12-ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、及びベヘン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項に記載の鉄基粉末混合物。 The iron group according to claim 1 , wherein the higher fatty acid contains at least one selected from the group consisting of stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid, and behenic acid. powder mixture. 黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなる、請求項又はに記載の鉄基粉末混合物。 Select from the group consisting of 0.1 to 3.5% by mass of graphite powder, 0 to 10% by mass of copper powder, 0.05 to 1.5% by mass of the mixed powder, and the balance of iron powder and iron alloy powder and unavoidable impurities .
JP2020529071A 2018-07-05 2019-07-05 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for producing iron-based sintered member Active JP7322880B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023062790A JP2023089091A (en) 2018-07-05 2023-04-07 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018128224 2018-07-05
JP2018128224 2018-07-05
PCT/JP2019/026879 WO2020009235A1 (en) 2018-07-05 2019-07-05 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023062790A Division JP2023089091A (en) 2018-07-05 2023-04-07 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020009235A1 JPWO2020009235A1 (en) 2021-08-02
JP7322880B2 true JP7322880B2 (en) 2023-08-08

Family

ID=69060892

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020529071A Active JP7322880B2 (en) 2018-07-05 2019-07-05 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for producing iron-based sintered member
JP2023062790A Pending JP2023089091A (en) 2018-07-05 2023-04-07 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023062790A Pending JP2023089091A (en) 2018-07-05 2023-04-07 Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member

Country Status (3)

Country Link
JP (2) JP7322880B2 (en)
CN (1) CN112368408B (en)
WO (1) WO2020009235A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002181095A (en) 2000-12-11 2002-06-26 Toyota Motor Corp Iron-based sintered frictional material and manufacturing method therefor
JP2005015866A (en) 2003-06-27 2005-01-20 Mitsubishi Materials Corp Iron based sintered alloy having high surface denseness and surface hardness and its production method
JP2005105370A (en) 2003-09-30 2005-04-21 Mitsubishi Materials Corp Method of producing rotary body provided with pressure resistant face for sliding on circumferential face, such as gear
JP2013079438A (en) 2011-09-22 2013-05-02 Ntn Corp Sintered bearing and method for manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6112473B2 (en) * 2013-03-13 2017-04-12 日立化成株式会社 Iron-based sintered sliding member
US20160151837A1 (en) * 2013-07-18 2016-06-02 Jfe Steel Corporation Mixed powder for powder metallurgy, method of manufacturing same, and method of manufacturing iron-based powder sintered body

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002181095A (en) 2000-12-11 2002-06-26 Toyota Motor Corp Iron-based sintered frictional material and manufacturing method therefor
JP2005015866A (en) 2003-06-27 2005-01-20 Mitsubishi Materials Corp Iron based sintered alloy having high surface denseness and surface hardness and its production method
JP2005105370A (en) 2003-09-30 2005-04-21 Mitsubishi Materials Corp Method of producing rotary body provided with pressure resistant face for sliding on circumferential face, such as gear
JP2013079438A (en) 2011-09-22 2013-05-02 Ntn Corp Sintered bearing and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN112368408B (en) 2022-06-21
JPWO2020009235A1 (en) 2021-08-02
JP2023089091A (en) 2023-06-27
WO2020009235A1 (en) 2020-01-09
CN112368408A (en) 2021-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3928782B2 (en) Method for producing sintered alloy for valve seat
TWI392747B (en) Iron powder for powder metallurgy and powder sintered body
KR960008727B1 (en) Sintered metal parts and their production method
KR100226083B1 (en) Method of sintering machinable ferrous-based materials
DE19506340C2 (en) Sintered alloy and method for producing a sintered body therefrom
EP0861698B1 (en) Iron based powder mixture for powder metallurgy
KR102543070B1 (en) Powdered metal compositions for easy machining
EP2511388B1 (en) Sintered sliding member
US10619229B2 (en) Manufacturing method of wear-resistant iron-based sintered alloy and wear-resistant iron-based sintered alloy
US5895517A (en) Sintered Fe alloy for valve seat
JP5386585B2 (en) Sintered sliding material and manufacturing method thereof
JP7322880B2 (en) Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for producing iron-based sintered member
KR20180123517A (en) Powder metal composition for easy machining
WO2019059248A1 (en) Sintered oil-retaining bearing
JP4839275B2 (en) Mixed powder for powder metallurgy and sintered iron powder
JP5816413B2 (en) Method for producing ferrous sintered material
JP6969330B2 (en) Method for manufacturing iron-based powder mixture and iron-based sintered member
EP3636369B1 (en) Method of producing a valve guide made of an iron-based sintered alloy
CA2165087C (en) Process for preparing a powder mixture and its use
JPS60147514A (en) High-temperature abrasion resistant valve seat
JP7286037B1 (en) Ferrous sintered alloy valve seats
KR0183227B1 (en) A metal sintered body composite material and method for producing the same
WO2024122048A1 (en) Iron-based sintered alloy valve sheet
JP3527110B2 (en) Manufacturing method of free-cutting iron-based sintered parts
JP4303172B2 (en) Ferrous sintered alloy valve seat

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220602

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230407

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: 20230627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230710

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7322880

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350