JPH01219102A - 焼結添加用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ合金粉末および焼結法 - Google Patents

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 鉄系焼結製品は自動車、家電機器、事務器の分野におい
て歯車、ナツト、カム、リンク等とじて使用されている
０本発明は上記鉄系焼結製品を製造する際に添加用とし
て使用される合金粉末、特に高い焼結密度、強度が要求
される鉄系焼結製品を与える焼結添加用合金粉末ならび
に焼結方法に関するものである。

従来の技術 焼結機械部品の大半を占める鉄系焼結製品を製造するに
は鉄粉に各種の合金元素粉末と潤滑剤を添加し、これを
混合した後圧縮成形し焼結工程に付す、このようにして
製造される製品の相対密度は７０〜８０％で強度も溶製
材にくらべるとかなり低い。

密度と強度を上げるために焼結したものをサイジングな
いしコイニング処理して再度焼結する方法があるが、こ
の方法でも相対密度は８５〜９３％程度である。相対密
度を１００％近くにする方法として液相焼結法が利用さ
れることがある。鉄粉に銅粉末を添加して銅の融点以上
で焼結する方法であるが、添加する銅粉末が１０〜２５
重量％と非常に多く、焼結体も脆化する。また活性化焼
結法とじて少量のＮｉ、　Ｐ、　Ｂを添加する方法も報
告されているが、焼結体の密度や機械的性質は不明であ
る。

近年、金属粉末の射出成形法が開発され、その焼結品の
相対密度は３５〜９８％と報告されているが、このよう
な高密度は原料の金属粉末の粒度が１０ＪＬｍ以下でか
つ活性に富んだ特殊な粉末を用いたときのみに達成され
ている。更に密度を高める方法として、熱間静水圧成形
法がある。しかしこの方法は複雑で高価な装置を用いる
ことおよび最終製品の形状が限定され、しかも最終製品
を直接製造することができず、高価な超合金やＴｉ合金
、超硬合金などに応用されているだけで鉄系の粉末には
利用されていない。

このように従来法にはそれぞれ一長一短があり満足しう
る特性の焼結品を得ることが難しかった。

発明が解決しようとする課題 こうした事情に着目し、高価で複雑な工程をへることな
く、高密度で強度が高くかつ寸法安定性のすぐれた焼結
体を得るための種々の検討を重ねた。

焼結法のなかで液相を利用した活性化焼結方法は、少量
の添加物によって成形圧力、成形方法によらず焼結体の
密度を向上させるのに有効である。そこでマトリックス
の鉄系母粉末に溶解度が大きく、かつぬれ性が良く、し
かも少量でその目的を達するものを種々検討した結果、
Ｆｅ系母粉末の焼結に際して有効な添加用合金粉末と新
たな焼結添加用合金粉末を加える焼結法を見出し本発明
を完成した。

課題を解決するための手段 本発明に係る焼結添加用合金粉末は鉄粉、低合金鋼粉、
高合金鋼粉、ステンレス鋼粉などの鉄系粉末と配合して
焼結製品を製造するための添加用粉末であってＦｅ１〜
５０重量％、３３〜２０重量％、残部がＸｉおよび不可
避不純物からなり、平均粒径が３０μｍ以下のＦｅ−Ｎ
ｉ−８合金粉末であり、焼結法は前記Ｆｅ−Ｎｉ−８合
金粉末を鉄系の母粉末に０．５重量％〜８重量％添加し
て混合し、成形後、その加熱温度が１０５０℃〜１３０
０℃でその時間が１０〜１２０分間加熱することを特徴
とする焼結方法である。

作用 本発明に係るＦｅ−Ｘｌ−８合金粉末はその融点が９９
０℃〜１２８０℃の範囲にある。本発明のＦｅ−Ｎｉ−
Ｂ合金は真空溶解炉にて純Ｎｉ板、ホウ化ニッケルフェ
ロポロンの塊、電解鉄などを原料にして溶解した後鋳造
して鋳片を製造する。その鋳片をショークラッシャー等
の粗粉砕機で粗粉砕し、その後、ボールミル、遊星ミル
等で微粉砕して３０ルｍ以下の粉末を製造する０本発明
のＦｅ−旧−Ｂ合金粉末を添加される原料の粉末を母粉
末といい、鉄系粉末とは鉄の含有量が５０％をこえる純
鉄、炭素鋼、数％のＣｒ、　Ｎｏ、Ｃ０１Ｖなどを含む
低・高合金鋼、１８％Ｃｒ−８％Ｎｉのステンレス鋼、
高速度鋼などの粉末である。

成形法としてはプレス成形や射出成形でよく、又混合し
た粉末を型に充填する方法でもよく、成形後、加熱して
焼結する。

本発明合金粉末は焼結工程の加熱時に溶融して液相とな
り、母粉末間のすき間に毛管現象によって浸透して合金
の密度を上げるばかりでなく、母粉末と反応して液相量
を増加させ焼結を促進する。

本発明のＦｅ−Ｎｉ−８合金粉末においてはＦｅの含有
量を１〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％に設定
する必要がある。　Ｆｅが１重量％未満では焼結時に発
生した液相が母粉末の粒子間に浸透した後に大きな空孔
が残って焼結体の密度の上昇に限界があられれるが、Ｆ
ｅが１重量％以上含まれると大きな空孔は残らなくなり
密度は１００％に近づく。

一方Ｆｅ含宥量が５０％をこえると合金粉末の融点が１
３００℃をこえるようになり液相の発生が困難になる。

そのためＦｅ量を１〜５０重量％に限定した。

Ｂ量を３〜２０重量％に限定したのは３％未満および２
０％超では融点が１３００℃以上になるためであり、好
ましい範囲は４〜１５％である。

また本発明において上記のごと＜Ｆｅ−Ｘｌ−Ｂ合金組
成を設定するとともに合金粉末の粒度を３０ルｍ以下と
する必要がある。粒度が３０ｐｍをこえると母粉末との
混合が不均一となり、焼結状態が不均質となって焼結体
の密度および強度が低下するとともに寸法変化のばらつ
きが大きくなる。

本発明においては上記の如（Ｆｅ−Ｍｉ−Ｂ合金組成の
設定および粒度の設定とともに、母粉末への添加量と焼
結条件を設定する心安がある。母粉末への添加量は０．
５〜８重量％で、０．５重量％未満では液相量が少なく
焼結はほとんど促進されない。また添加量が８重量％超
ではその焼結促進効果は飽和してしまうことおよび焼結
体の強度は高くなるが靭性が劣化するためである。焼結
温度を１０５０℃〜１３００℃に限定した理由は、１０
５０℃未満では液相の発生量が少なく効果がないためで
あり、１３００℃超では焼結体の組織が粗大化して特性
が劣化することによる。

実施例 つぎに、この発明を実施例により具体的に説明する。

原料母粉末としてアトマイズ鉄粉、低高合金鋼粉、ステ
ンレス鋼粉末を用い、これにインゴットを粉砕して作成
したＦｅ−Ｎｉ−８合金粉末を、第１表に示す添加量で
加えてボールミルにて１時間混合した後、３　ｔｏｎ／
ｃｍ２の圧力で引張試験片を作成した。またＦｅ−Ｎｉ
−８合金粉末を添加混合した粉末に有機バインダーを加
えて射出成形を行ない、引張試験片を作成した。これら
の試験片を第１表に示す焼結条件で焼結し、焼結体の密
度、強度、伸びを測定した。これらの測定結果を第１表
に示した。

また、比較の目的でＦｅ−Ｎｉ−８合金粉末を添加しな
い材料および添加量が多すぎる場合、Ｆｅ−Ｎｉ−８合
金粉末の組成の影響を調べた比較例も第１表に示した。

（以下余白） 発明の効果 第１表に示される結果から、本発明法によって製造され
る焼結製品はいずれも従来の材料に比べて、密度、強度
、伸びともにすぐれた特性を示すことが明らかである。

本発明の最大の効果は少量の合金粉末の添加によって、
従来の焼結方法よりもより経済的かつ迅速にすぐれた特
性の焼結品を得ることができることである。

従来の方法によれば鉄粉を５〜１０ｔ／ｃｍ２の成形圧
で成形し、１３００℃で焼結しても密度は９０％程度で
あり、成形方向による収縮率の差が大きく現われる。本
発明によれば１〜３　ｔ／ｃ＋ｓ２のような低い成形圧
でも、さらに成形圧をかけなくても相対密度を９８％以
上に上げることができ金型の摩耗を最小限にすることが
できる。

本発明の液相を利用した焼結法はまた焼結時の焼結体の
収縮も等方的であり寸法精度の向上に極めて有効である
。ざらに粒径の大きい粉末、例えば平均粒径５０ルｍ程
度の鉄粉で、通常焼結後の相対密度が７０％程度しかな
らない場合でも、本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｂ合金粉末をわ
ずか１〜２％程度添加するだけで相対密度８８％以上の
焼結体を得ることができる。

従来射出成形法では１０７１ｍ以下の特殊な粉末しか密
度が上がらないためにその利用は制限されていたが、本
発明によれば通常の粉末が利用できるためこの分野の大
きな発展が期待できる。

上述のように本発明は経済的にも、焼結品の特性上から
も画期的なものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系粉末と配合して焼結製品を製造するための添
   加用粉末であって、Ｆｅ１〜５０重量％、Ｂ３〜２０重
   量％、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、平均粒
   径が３０μｍ以下であることを特徴とする焼結添加用Ｆ
   ｅ−Ｎｉ−Ｂ合金粉末。
2. （２）Ｆｅ１〜５０重量％、Ｂ３〜２０重量％、残部が
   Ｎｉおよび不可避不純物からなり、平均粒径が３０μｍ
   以下であるＦｅ−Ｎｉ−Ｂ合金粉末を、鉄系の母粉末に
   重量で０．５〜８％添加して混合し、成形後、１０５０
   ℃〜１３００℃の温度範囲で１０分〜１２０分加熱する
   ことを特徴とする焼結方法。