JPH01123001A

JPH01123001A - 被削性に優れた高強度鉄系粉末およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01123001A
Application number: JP62278798A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1989-05-16
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH0689361B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は被削性に優れた高強度鉄系粉末Ｊ３よびそのＷ
ｊ４Ｊ造方法に関する。本発明の高強度Ａ系粉末ｌよ、
原動機、変速機等を構成する機械部品を焼結する際に使
ｍυる鉄系粉末に利用ｊることができる。

［従来の技術］鉄系粉末を圧縮成形して形成した圧粉体を焼結して形成
した焼結部品は、焼結されているので高強度である。こ
のような高強度を得ることができる焼結部品を製造する
鉄系粉末として、近年、特開昭５８．−１３０２４９号
公報にかかる粉末が聞発されている。

このように高強度の焼結部品で、高強度の他に被削性の
向上を達成できれば、適用部品の用途の拡大が大幅に広
がり、また生産コスト低減の可能性が大きい。

ところが、焼結部品は一般的に溶鋼材に比較して被削性
が悪いといわれている。即ち、焼結部品では、強度が高
くなると溶鋼材に比較して被削性の低下が大きい。この
にうに被削性が低下すると、切削加工コストが大幅に上
界し、焼結部品の有する価格上のメリットを損うことと
なる。

そこで近年、種々の鉄系粉末が開発されているが、良好
な被削性を兼ね備えた高強度焼結部品を提供するには未
だ不充分である。

そのため、焼結部品を形成する高強度鉄系粉末では、焼
結部品を高強度化さＵるととｂに焼結部品の被削性を良
好ならしめ得る鉄系粉末の開発が進められている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明はＬ記した実情に鑑みなされたものであり、第１
の発明の目的は、焼結部品を高強度化させるとと乙に焼
結部品の被削性を良好ならしめｔｌする性質をもつ高強
度鉄系粉末を提供りることにある。又第２の発明の目的
は、焼結部品を高強度化させるとともに焼結部品の被削
性を良好ならしめ１；７る性質をもつ高強度鉄系粉末を
＃ＩＪ造し得る製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段１第１の発明に係る被削性に優れた高強度鉄系粉末は、＠
吊止でモリブデンが０．５〜１．５％、マンガン０．０
５〜０．８％、不可避の不Ｉ［１物、残部実質的に鉄か
らなる高強度鉄系粉末粒子と、該鉄系粉末粒子に少なく
とも部分的に溶着された硫化物系粉末粒子とで構成され
ていることを特徴とするしのである。

硫化物系粉末粒子は硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）を主Ｉｆｃ分と
することが好ましい。後述するように、硫化銅の銅が基
地に固溶し、基地を強化Ｊるに有利等の理由で（ちる。

本発明に係る被削１１に優れた高強度鉄系粉末の製造方
法は、重石比でモリブデンが０．５〜１゜５％、マンガ
ンが０．０５〜０．８％、不可避の不純物、残部実質的
に鉄からなる高強度鉄系粉末粒子と、硫化物系粉末粒子
とを混合して混合粉末を形成する混合工程と、混合粉末
を非酸化性雰囲気で加熱して、高強度鉄系粉末粒子と硫
化物系粉末粒子とを少なくとも部分溶着さＶる溶着工程
とからなることを特徴とするものである。

ここで硫化物系粉末粒子は硫化銅（Ｃｕ　２　Ｓ）を主
成分とすることが好ましい。

非酸化性雰囲気は、）只元竹雰囲気、または不活性ガス
雰囲気中、または高真空中とすることがでさ゛る。溶着
処理、溶着時間は組成に応じ°Ｃ適宜変更されるが、例
えば、温度は７５０〜１ｏ００℃、時間は５−６０分間
とすることができる。溶着前の鉄系粉末粒子の大きざ、
溶着）ｆ＋の硫化物系粉末粒子の大きさは適宜選択され
るが、鉄系粉末粒子の大きさは３００μ以下とすること
ができ、硫化物系幼木の大ささは１００　ｔｔ以下とす
ることができる。

次に組成の限定即山について説明する。

モリブデンは基地に固溶して基地を強化し、強度を向上
する作用を果すが、０．５％未満では焼結部品の所望の
強度が１！１られず、１．５％を超えてｔｐｍ加の割に
は焼結部品の強度が向上しない。

そのため、［リブデンは０．５〜１．５％とした。

マンガン（よ基地に固溶し焼入れ性の向上と焼結部品の
強度の向」二を図ることができるととしに、硫化銅（Ｃ
ｕ　２　Ｓ）の硫黄（Ｓ）と結びついて硫化マンガン（
ＭｎＳ）となり被削性を向上さ口るとともに、硫化物生
成による強度低下をできるだけ最小限に抑える作用を果
す。

ここで、マンガンの含有量は、０．０５〜０゜８％であ
る。即ち、焼結後にＪｊいて硫化力を形成するに必要な
マンガン間をα％とすると、α％と、マトリックスを形
成づる鉄への固溶を目的とした吊０．０５〜０．２５％
との和であることがりｒましい。即ち、鉄系粉末に含ま
れるマンガンは、（０，０５トα）％〜（０，２５１α
）％が望；Ｌしい。ここで、α％は、（１，５ＸＳ）％
とするこができる。

硫化銅（Ｃｕ　２　Ｓ）は焼結過程において銅（Ｃ１」
）と硫黄（Ｓ）に分解し、硫黄はマンガンと結びつき硫
化マンガン（ＭｎＳ）となり、銅はｉ地に固溶しマトリ
ックスを強化し、強度を向上さぼる。硫化銅（Ｃｕ２Ｓ
）は混合粉末全体を１００％としたとき、０．５〜２．
０％であることが望ましい。即ら、０．５％未満では硫
化マンガン（ＭｎＳ）の生成品が少なく、一方、２．０
％を超えると硫化マンガン（ＭｎＳ）が多量となり強度
を低下させる傾向が見られるためである。なお、炭素は
０．１％以下が望ましい。

［実施ｆｆｊｌ　］（実施例１）まず、＠苗化でモリブデン０．７９６、マンガン０．４
５％、不可避の不純物、残部が実質的に鉄からなるＦｅ
−ＭＯ−ｆｖｌｎ系の鉄系粉末を水噴霧法により製造し
た。水噴霧法により製造した鉄系粉末は、６０メツシユ
アンダー（２５０μ以下）である。そしてこのように形
成した鉄系粉末と硫化物系粉末粒子としての硫化銅（Ｃ
ｕ　ｔ　Ｓ）とを秤量して混合し、これにより混合粉末
を形成した。

ここで、混合粉末全体を手品比で１００％としたとき、
鉄系粉末は９９％、硫化銅（Ｃｕ　２　Ｓ）郭）末は１
％とした。混合は■型Ｕ合機により２０分間行った。

次に上記した混合粉末を、窒素−１０％水素（露点−３
０℃以下）雰囲気中で９００℃で２０分間加熱保持する
ことにより、鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子
を拡散付着し、これにより鉄系粉末の粒子の表面に硫化
銅粉末の粒子を溶着した。その後徐冷を行った。このよ
うにして１１１られた料）末は凝集体状である。このよ
うにしてｊｒＩられた凝集体状の粉末をハンマーミルに
より解砕し、−６０メツシユアンダーで選別した。この
ようにして得られた粉末の組成は、手品比でモリブデン
０６６９％、マンガン０．４４％、銅０．７８％、硫黄
０．１６％、不可避の不純物、残部鉄であった。

（実施例２）次に実施例２の場合を説明する。実施例２では、手品比
で℃リブｆン０．７％、マンガン０．３３％、不可避の
不純物、残部実質的に鉄よりなるＦｅ　−Ｍ　ｏ　−Ｍ
　ｎ系の鉄系粉末と硫化鋼（Ｃｕ　ｔ　Ｓ）粉末とをＶ
型ミ４＝　ｔＪ−にて２０分間均一に混合し、混合粉末
を形成した。ここで鉄系粉太番、を水噴霧法にＪ、り製
造されており、−６０メツシユアンダーである。硫化銅
（Ｃｕ　２　Ｓ）粉末は一２５０メツシュアンダーであ
る。ここで、混合粉末全体を手品比で１００％としたと
き、鉄系粉末は９９．４′２６、硫化銅（ＣＬＪ２Ｓ）
粉末は０．６％とした。

次に、上記したように製造した混合粉末を窒素−１０％
水素〈露点〜３０’Ｃ以下）雰囲気の加熱処理炉にで１
５分間９００℃にて加熱保持し、加熱保持１セ、徐冷し
た。これにより鉄系粉末の粒子に硫化銅を拡散何首させ
、これにより鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子
を溶着した。この上“うに形成された粉末は凝集体状で
ある。そして上記した粉末を粉末粉砕機により解砕した
後、実施例１の場合と同様に一６０メツシュにて選別し
た。

得られた粉末を化学分析したところ、ｌ１ｉｌ比でモリ
ブデン０．７％、マンガン０．３１％、銅０゜４７％、
硫異０．１０％、不可避の不純物、残部実質的に鉄の組
成であった。

（実施例３）次に実施例３について説明する。実施例３では、手品比
で、モリブデン０．７％、マンガン０．７％、不可避の
不純物、残部実質的に鉄よりなる［ｃ−Ｍｏ−Ｍｎ系の
鉄系粉末を用いた。この鉄系粉末は水噴１ｔムにより製
造されている。そしにの鉄系粉末と硫化銅粉末とをＶ型
ミキサーにて２０分間均一に混合し、混合粉末を形成し
た。ここで鉄系粉末は一６０メツシュアンダーであり、
硫化銅粉末は一２５０メツシュアンダーて°ある。ここ
で、混合粉末全体を手品比でｉｏｏ”ｇとしたとき、鉄
系粉末は９８．２９６、硫化銅（ＣｕｚＳ）粉末は１．
８％とした。

次に、１−記した混合粉末を、窒素−１０％水素（露点
−３０℃以下）雰囲気の加熱処理炉にて、１５分間９０
０℃にて加熱保持し、その後、徐冷処理を施した。これ
により鉄系粉末の表面に微細な硫化銅粉末を拡散付着し
、これにより鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子
を溶着し、以て凝集体状の粉末を形成した。次に凝集体
状の粉末を粉砕機により解砕し、実施例１、実施例２の
場合と同様に、−６０メツシユアンダーにて選別した。

このようにして形成した粉末を化学分析したところ、実
施例３に係る鉄系粉末の組成は、重量比で、１９１１２
０．６９％、マンガン０．６８％、銅１．４２％、硫黄
０．３０％、不可避の不純物、残部実質的に鉄であった
。

（比較例）更に、比較例１として、市販の拡散合金鋼粉末（ディス
タロイＡＢ、ヘガネス社）を用いた。この粉末は、重量
比でニラタル１．８％、モリブデン０．５％、銅１．５
％、不可避の不純物、残部実質的に鉄の組成である。比
較例１の拡散合金鋼粉末は一６０メツシュアンダーにて
選別されたものである。

また比較例２として、市販のディスクロイＡＩ３粉末と
硫黄粉末とをＶ型ミキサーで均一に混合した混合粉末を
用いた。この比較例２の混合粉末では、ｌｉＱ黄粉末は
ディスタロイΔ〇〇末に溶着していない。比較例２では
、混合粉末全体を重は比で１００％としたとき、市販の
ディスクロイＡＢ粉末を９９．７％、硫黄粉末を０．３
％とした。

（試験例）次に上記した本実施例１、実施例２、実施例３に係る鉄
系粉末で圧粉体を形成し、圧粉体を焼結して焼結部品と
しての試験片を形成した。比較例１、比較例２に係る粉
末でも、同様にして試験片を形成した。

試験片となる圧体体を形成するにあたっては、次のよう
にした。即ち、圧粉体全体を１００％どしたとさ、０，
５５％の黒鉛粉〈人造黒鉛）とｒ１°１滑用の金属石け
ん０．７％とをボールミルにて２０分間混合した模、１
立方センブーメー１〜ルあたり密度６．８００の圧粉体
を成形した。焼結条件は、第１表分解アンモニア雰囲気（露点−３０℃以下）の焼結炉に
より、１１６５℃にて３０分間加熱して行った。実施例
１、実施例２、実施例３、比較例１、比較例２の焼結部
品としての試験片の化学分析値を第１表に示す。

」１記のように焼結して形成した試験片について、真空
焼入れ処理を行った。真空焼入れ処理は、焼結部品であ
る試験片を８６０℃に加熱保持した後、８０のオイルに
浸漬してオイル焼入れを行った。

焼入れ後の焼き戻しは、人気中にて１９０℃で６０分間
加熱保持して行った。

上記した実施例１、実施例２、実施例３の焼入れ処理し
た試験片について、また、比較例１、比較例２の試験片
について、万能引張り試験機により引張り試験を行った
。そして、引張り最大向千を破断面の面積で除した値を
引張り強さとした。

また被削性を調べるために、穴間ｔＪ加エテストを実施
した。穴開は加エテス１−で用いたドリルは、Ｓ　Ｋ　
Ｈ−９、径７Ｉを用い、回転数２２Ｏｒｐｍ、送り速度
０．／Ｉｎ＋ｍ／ｒｃｖ、切削油使川の条ｆ’ｌにて、
用験片（厚み１０ｍｍ＞の穴１７ｉｌ　＋’、）を行っ
た。

そして、１木のドリルにて穴聞けした穴の数により被削
性を比較した６上記した実施例１、実施例２、実施例３の６１℃験片、
また、比較例１、比較例２の試験片について、引張り強
さＪ３よび被削性の試験結果を第１図にホブ。第１図に
示ｖにうに、引張り強さでは、実施例１、実施例２、実
７７１例３は市販されている高張１東焼結材ＩＩ　（比
較例１）とほぼ同等の強度を示した。：した実施例１、
実施例２、実施例３は、比較例２に比べて引張り強度が
格段に優れている。ここで比較例２ひは強ｆ！１１が低
下している理由は、硫黄を添加しているからである。

一方、被削性試験では、実ｆＭ　Ｉシ１１、実施例２、
実施例３の穴Ｏｎ　！Ｊ数は、比較例１に比べて４倍以
１の数である。

即ち、実施例１、実施例２、実施例３では、比較例１に
対して引張り強度は同程度であるものの被削性が格段に
優れている。ここで、硫黄含右開が同程度の実施例２と
比較例２とを比較する。実施例２では穴開は数が比較例
２の２倍となっており、実施例２の方が比較例２に比べ
て被削性が格段に優れている。その理由は以下のようで
あると推察される。即ち、実施例１、実施例２、実施例
３では硫黄が多量に含有されているにもかかわらず、強
度が高いのは、実施例１〜実施例３では硫化マンガン（
ＭｎＳ）が拡散付着に起因して微細化しているのに対し
て、比較例２では鉄系粉末に単に硫黄粉末を添加しただ
けなので、硫黄が凝集し、そのため硫黄が粗大化してい
る。故に、比較例２では、鉄を含有する銅硫化物が凝集
し粗大化し、そのため、粗大化した硫化物と、粗大化し
た硫化物が界準した跡で形成された粗大気孔の発生と、
硫化物の偏析の発生が大きいためであると推察される。

比較例１の被削性が悪いのは硫化物がないことをそのま
ま反映しているうＣ発明のダＩ宋コ以上説明したように本発明に係る高強度鉄系粉末を用い
て焼結部品を形成すれば、第１図の試験結束から明らか
なにうに、焼結部品の強度を確保できるとともに、焼結
部品の被削性を向上させることができる。

また、本発明に係る製造方法によれば、被削性に護れた
高強度鉄系粉末を簡便に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例および比較例の引張り強さと被削性を
示すグラフである。特許出願人　　　１〜ヨタ自動中株式会社代理人　　　
　弁即士　大川　宏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でモリブデンが０．５〜１．５％、マンガ
ン０．０５〜０．８％、不可避の不純物、残部実質的に
鉄からなる高強度鉄系粉末粒子と、該鉄系粉末粒子に少
なくとも部分的に溶着された硫化物系粉末粒子とで構成
されていることを特徴とする被削性に優れた高強度鉄系
粉末。
（２）硫化物系粉末粒子は、硫化銅を主成分とする特許
請求の範囲第１項記載の被削性に優れた高強度鉄系粉末
。
（３）重量比でモリブデンが０．５〜１．５％、マンガ
ンが０．０５〜０．８％、不可避の不純物、残部実質的
に鉄からなる高強度鉄系粉末粒子と、硫化物系粉末粒子
とを混合して混合粉末を形成する混合工程と、該混合粉末を非酸化性雰囲気で加熱して、該高強度鉄系
粉末粒子と該硫化物系粉末粒子とを少なくとも部分溶着
させる溶着工程と、からなることを特徴とする被削性に
優れた高強度鉄系粉末の製造方法。
（４）硫化物系粉末粒子は、硫化銅を主成分とする特許
請求の範囲第３項記載の被削性に優れた高強度鉄系粉末
の製造方法。