JPH01283340A

JPH01283340A - 高密度高強度焼結体の製造法

Info

Publication number: JPH01283340A
Application number: JP7229189A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tomioka; 達也富岡; Takeo Hisada; 建男久田; Shunji Shimura; 紫村　俊次
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1989-03-25
Filing date: 1989-03-25
Publication date: 1989-11-14
Also published as: JPH0375621B2

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】（技術分野）本発明は、高密度高強度焼結体の製造法に係り、特に高
密度、高強度の焼結体を与え得る粉末冶金用合金粉末を
用いて、焼結体を製造する方法に関するものである。

（背景技術）金属粉末から、粉末冶金手法によって成形し、焼結して
得られる焼結部品（焼結体）に関して、近年、その適用
分野の拡大には著しいものがあり、とりわけ液相を利用
した高密度焼結技術の発展により、高強度部品の分野へ
の進出には目覚ましいものがある。

そして、従来から、かかる高強度部品への進出を目指し
たＣｒ系ステンレス鋼粉末を用いる粉末冶金では、Ｃ及
びＰの同時添加による燐化鉄共晶（Ｆ　ｅ−Ｆ　ｅ、Ｃ
−Ｆ　ｅ、、Ｐ）の液相を利用して焼結密度を向上させ
、加えてその共晶部分が高硬度であるところから、その
耐摩耗性を著しく向上させている。そして、このような
手法によって、工業的には密度比で約９３％程度のもの
までの焼結体の製造が可能となり、比較的高密度な耐摩
耗部品、例えば自動車のエンジン回りの摺動部材、食肉
機械部品（カッター）等への適用が図られてきている。

しかしながら、粉末冶金手法によって得られる焼結部品
の通用分野の更なる拡大には、より一層の性能向上が必
要であり、このため高密度、高強度を具備した焼結部品
の開発、更にはかかる焼結部品を製造する手法の開発が
望まれているのである。ところで、周知のように、焼結
部品の強度は主に（ａ）基地の強度、（ｂ）密度比の影
響を受け、そして基地の強度が高い程、また密度も高い
程、得られる焼結体の強度は向上されることとなるので
ある。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、得られる焼結体の密度の向上
、ひいてはその強度の向上が図られ得る製造法を提供す
ることを、その目的とするものであって、このため、か
かる焼結体を製造するために用いられる粉末冶金用合金
粉末において、従来からのＣ，Ｐの添加に加えて、更に
Ｍｎをも必須元素として添加しようとするものであり、
これは、本発明者等が詳細な実験を繰り返した結果、成
形圧力や焼結温度等の製造条件が同じである同一工程で
製造した場合に、Ｍｎの添加によって得られる焼結体の
密度が明らかに向上される知見を得たことに基づくもの
である。

（解決手段）すなわち、本発明は、Ｃｒ（クロム）＝７．０〜３０．
０％、Ｍｎ　（？ンガン）＝０．１〜１．５％、Ｐ（燐
）：０．１〜１．０％、残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的
不純物からなる粉末冶金用合金粉末を用い、これに対し
て０．５〜５．０％の割合の炭素粉末香添加、配合して
、焼結せしめることを、その要旨とするものである。

また、本発明にあっては、Ｃｒ：７．０〜３０．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｐ：０，１〜１．０％、Ｃ（
炭素）：’０．１％以下、Ｓｉ（珪素）：０．１〜４．
０％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる粉末冶金
用合金粉末を用い、これに対して０．５〜５．０％の割
合の炭素粉末を添加、配合して、焼結せしめることをも
、その特徴とするものである。

さらに、本発明は、Ｃｒニア、０−３０．０％と、Ｍｎ
：０．１〜１．５％と、Ｐ：０．１〜１．０％と、５．
０％以下のＭｏ（モリブデン）、５．０％以下のＷ（タ
ングステン）、３．０％以下の■（バナジウム）及び５
．０％以下のＮｂにオブ）のうちから選ばれた１種若し
くは２種以上の元素の合計の含有量で１０％以下と、残
部−Ｆｅ及び不可避的不純物とからなる粉末冶金用合金
粉末を用い、これに対して０．５〜５．０％の割合の炭
素粉末を添加、配合して、焼結せしめることを、その特
徴とするものである。

更にまた、本発明は、Ｃｒ’：　７．０〜３０．０％と
Ｍｎ　：　０．１〜１．５％と、Ｐ：’０．１〜１．０
％と、Ｃ：０．１％以下と、Ｓ　ｉ　：　０．１〜４．
０％と、５．０％以下のＭｏ、５．０％以下のＷ、３．
０％以下の■及び５．０％以下のＮｂのうちから選ばれ
た１種若しくは２種以上の元素の合計の含有量で１０％
以下と、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物とからなる粉末
冶金用合金粉末を用い、これに対して０．５〜５．０％
の割合の炭素粉末を添加、配合して、焼結せしめること
をも、その特徴とするものである。

（具体的構成）ところで、かかる本発明において用いられる粉末冶金用
合金粉末は、７．０〜３０．０％のＣｒと、０、１〜１
．５％のＭｎと、０．１〜１．０％のＰとを主要合金成
分として含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
ものであるが、ここで含有せしめられるＣｒは、基地を
強化し、炭化物を形成して耐摩耗性を付与し、更に耐酸
化性を向上せしめる等、高密度、高強度部品には必須の
元素であり、その有効な添加効果を得るには７％が下限
である。

また、このＣｒの含有量が３０％を越えるようになると
、粉末冶金操作における成形操作において圧縮性が著し
く低下するようになる。このため、Ｃｒの含有量として
は７，０〜３０．０％の範囲が採用されることとなるの
である。

また、Ｍｎは、粉末の焼結密度の向上に顕著な効果を示
し、また焼結体の焼入れ性にも好影響をもたらす元素で
あって、このような効果、特に有効な密度向上効果を発
揮させるには、少なくとも０．１％以上のＭｎの添加が
必須であるが、あまりにもＭｎを過度に添加すると粉末
の表面酸化を助長し、更に粉末を球状化させる作用があ
って、その成形性を低下せしめることとなるため、その
上限を１．５％とする必要がある。なお、かかるＭｎの
含有量の好ましい範囲としては、一般に０．２〜０．７
％である。

さらに、Ｐは、Ｃの共存により燐化鉄共晶を生成させる
のに必須の成分であって、そのような燐化鉄共晶の液相
を利用して焼結密度を向上させる効果を期待するには、
少なくとも０，１％含有せしめる必要があるのである。

一方、Ｐの過度の添加は、粉末の圧縮性を低下させ、多
量の液相の出現による焼結温度コントロールを困難にす
るところから、その上限は１．０％である。なお、かか
るＰの好ましい含有量範囲としては、０．２〜０．７％
である。

そして、本発明にあっては、かかる合金粉末には、その
製造工程中において必然的にＣやＳｉが含有せしめられ
るようになるのであるが、このＣとしては、その含有量
があまりにも多くなり過ぎると基地が効果して粉末が硬
くなり、その圧縮性を著しく損ね、以て目的とする成形
品を得るのが困難となって粉末冶金用としては適さなく
なるため、一般に０．１％をその上限とすることが望ま
しい。また、Ｓｉは、粉末製造時の粉末表面酸化を抑制
するのに有効であり、このためその含有量が０．１％以
上となるようにされるが、その過度の含有は、また粉末
の圧縮性を損ねることになるため、その上限は４．０％
に止められる。

また、本発明において、かかる合金粉末には、更に５．
０％以下のＭｏ（モリブデン）、５．０％以下のＷ（タ
ングステン）、３．０％以下の■（バナジウム）、及び
５．０％以下のＮｂにオブ）のうちの１種若しくは２種
以上が含有せしめられている。これらＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎ
ｂは、焼結体中における炭化物の形成に有効であり、こ
の目的のために添加されるのであるが、その合計の添加
総量が１０％を越えるようになると、その添加量に見合
った効果が期待され得す、むしろコスト高を惹起するの
みであるところから、その合計量は１０％以下とするこ
とが適当である。

その他、本発明に用いられる粉末冶金用合金粉末には、
上記合金成分の他、必要に応じて更にＳやＮｉ、Ｂ、Ｃ
ｕ等の公知の添加成分が含有せしめられることとなる。

なお、Ｓの添加は、粉末を微粉化して焼結密度を向上さ
せるのに寄与し、また適量のＮｉ、Ｂ等は焼入れ性を向
上せしめる利点がある。

また、このような添加されるべき各成分は、前記粉末冶
金用合金成分と共に溶融せしめられて、所定の合金溶湯
が調製され、次いでこの合金溶湯が公知の水噴霧やガス
噴霧による噴霧法等の公知の手法によって所定の粉末と
されるのである。なお、この公知の粉末化手法にて形成
される本発明に従う粉末冶金用合金粉末は、通常の粉末
冶金用金属粉と同様に適宜の太き六の粒子であり、そし
て適宜の粒度分布を有するものであるが、一般に５００
μ（ＪＩＳ３２メツシュ）程度以下、好ましくは１５０
μ程度以下の粒径の粒子が用いられることとなる。

そして、本発明に従って、かくして得られた粉末冶金用
合金粉末を用いて所定の焼結体（焼結部品）を得るには
、従来から知られている各種の粉末冶金手法が採用され
るものであるが、その際、かかる合金粉末には、０．５
〜５．０％、好ましくは１〜４％の割合（合金粉末重量
に対するもの）の炭素粉末が添加、配合せしめられる。

この添加配合される黒鉛粉末、カーボンブラック等の炭
素粉末は、焼結時において燐化鉄共晶を生成せしめ、得
られる焼結体の密度を向上させるのに必須の成分であっ
て、また焼結体中に炭化物を生成せしめることによって
その耐摩耗性を著しく向上せしめる効果を奏する。なお
、合金粉末に対する炭素粉末の配合量が０．５％未満で
は、目的とする共晶の生成量が少なく、従って所望の性
能が得られず、また５％を越える炭素粉末の添加は、共
晶の粗大化を招き、このため衝撃値を低下せしめる問題
を生じる。それ故、本発明に従う合金成分に対する炭素
粉末の添加量としては０．５〜５％の範囲の値が採用さ
れるのである。

そして、かかる合金粉末と炭素粉末との混合物は、常法
に従って所望の形状に成形、特に加圧成形（圧縮成形）
せしめられて所望の成形品（圧粉体）が形成され、次い
でこれが高温度に加熱されることによって焼結せしめら
れ、目的とする高密度、高強度の焼結体（焼結部品）が
得られるのである。

（発明の効果）このように、本発明に従えば、Ｆｅ−Ｃｒ系合金粉末に
更に少なくともＭｎ及びＰの所定量を含有せしめた粉末
冶金用合金粉末を用い、これに所定割合の炭素粉末を添
加、配合して、焼結せしめることによって、最終製品た
る焼結体の密度並びに強度を著しく向上せしめ得るので
あり、これによって焼結部品の適用分野の更なる拡大が
図り得ることとなったのである。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明に従う幾つかの実施例について説明するが、本発明が
、かかる実施例の記載によって何等の制約をも受けるも
のでないことは言うまでもないところである。なお、先
に説明した各合金成分の百分率並びに以下の実施例にお
ける百分率は、何れも特に断わりのない限り、重量基準
で示されるものである。

実施例　１各種の化学組成を有する合金溶湯がら、公知の水噴霧に
よる粉末化手法によって、第１表に示される如き種々な
る合金粉末を製造し、次いでこれを篩分けして一１００
メツシュの分級物を取り出した後、その分級物重量に対
して３％の割合の黒鉛粉末を添加せしめ、均一に配合せ
しめた。次いで、その配合物を５ｔｏｎ／ｃｍ”の圧力
で加圧成形せしゃ、５胴ｘ３ｎｗｎＸ３０ｒｒｎの寸法
の成形品（圧粉体）を得て、これを１１３０°Ｃ×３０
分の真空焼結を施すことによって、焼結ステンレス鋼の
各種の試験片を製造した。

かくして得られた各種の試験片について、それそれの焼
結密度を水浸法（Ｊ　Ｉ　５−Ｚ−２５０５）で測定し
た後、支点間距離２０ＩＩＩＩ１１の３点曲げ試験を実
施し、それらの結果をまとめて第１表に示した。

かかる第１表の結果から明らかなように、供試材Ｎｏ、
　１のものでは、粉末中のＭｎ含有量が少ないために、
得られた焼結体の焼結密度が低く、抗折力が低い。また
、Ｍｎを多量に含有せしめた供試材Ｎα５のものでは、
粉末の成形時にクラックが発生してしまったために、最
後まで試験を綴ることが出来なかった。

更に、供試材Ｎｏ、　６のものでは、Ｐの含有量が少な
いため焼結密度が低く、抗折力も著しく低い値となって
おり、一方Ｐを過剰に添加したＮｏ、　９では共晶組織
が粗大化したために、密度が上昇しているにも拘わらず
、逆に抗折力が低下しているのが認められた。

これに対して、本発明に従って得られる供試材Ｎα２〜
４及び７，８のものにあっては、焼結密度が高く、また
抗折力も著しく優れているのである。

なお、供試材Ｎｏ、　７及び９の焼結体のミクロ組織を
明らかにするために、それぞれの顕微鏡写真（４００倍
）をそれぞれ第１図及び第２図に示すが、それら写真の
比較からも明らかなように、本発明により得られるＮｏ
、マの供試材は、ＮＯ１９のものよりも遥かに組織が細
かく、それ故密度と共に、抗折力も向上されていること
が理解されるのである。

実施例　２Ｃの含有量が０．０５％以下に調製された種々なる化学
組成を有する各種の合金溶湯から、実施例１と同様にし
て水噴霧による粉末化手法にて各種の合金粉末を製造し
た。各粉末の化学組成は略第２表に示される通りである
（但し、Ｃを除く）。

そして、その得られた粉末のそれぞれを篩分けして一１
００メツシュのものを集めた。次いで、この−１００メ
ツシユの分級物に対して、第２表に示される如き各種の
Ｃ値を与える割合で炭素粉末をそれぞれ添加せしめ、均
一に混合せしめた後、実施例１と同様にして成形、焼結
して各種の試験片を製造した。焼結後の各供試材の化学
組成を第２表に示す。

得られた各試験片の評価結果を、下記第２表に示すが、
合金粉末に対するＣの添加量の少ない供試材Ｎｏ、　１
０では、焼結密度が上がらず、抗折力が低い。一方、Ｃ
を多量に添加した供試材Ｎｏ、１４では、共晶組織が粗
大化しているために、密度が向上されているにも拘わら
ず、抗折力は低下しているのである。

これに対して、本発明にて得られる供試材ＮＯ４１１〜
１３のものは、何れも焼結密度、抗折力とも著しく改善
さているのが理解される。

実施例　３下記第３表に示される化学組成を有する合金溶湯を用い
て、公知の水噴霧による粉末化手法によて、種々なる合
金粉末を製造した後、実施例１と同様にして分級し、更
にその分級物に対して炭素粉末を２％添加して均一にブ
レンドせしめ、更にその後実施例１と同様にして試験片
を製造し、特性を調査した。

その結果を第４表に示すが、かかる第４表から明らかな
ように、本発明に従って得られる焼結体Ｎｏ、　１６〜
２１は、その焼結密度が著しく向上せしめられており、
またその抗折力も著しく向上されている。一方、Ｍｏ、
Ｗ、Ｖ、Ｎｂを過剰に添加したＮｏ、２２．２３のもの
では成形が不可能であった。

なお、かかる効果は、水噴霧による粉末化手法に代えて
、他の手法であるガス噴霧による粉末化手法によって得
られた合金粉末であっても同様に達成されることが確認
された。

第　　　４　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ実施例１において本発明
に従って得られた焼結体と比較例の焼結体の金属組織を
示す顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｒ：７．０〜３０．０％、Ｍｎ：０．１〜１．
５％、Ｐ：０．１〜１．０％、残部：Ｆｅ及び不可避的
不純物からなる粉末冶金用合金粉末を用い、これに対し
て０．５〜５．０％の割合の炭素粉末を添加、配合して
、焼結せしめることを特徴とする高密度高強度焼結体の
製造法。
（２）Ｃｒ：７．０〜３０．０％、Ｍｎ：０．１〜１．
５％、Ｐ：０．１〜１．０％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ
：０．１〜４．０％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物か
らなる粉末冶金用合金粉末を用い、これに対して０．５
〜５．０％の割合の炭素粉末を添加、配合して、焼結せ
しめることを特徴とする高密度高強度焼結体の製造法。
（３）Ｃｒ：７．０〜３０．０％と、Ｍｎ：０．１〜１
．５％と、Ｐ：０．１〜１．０％と、５．０％以下のＭ
ｏ、５．０％以下のＷ、３．０％以下のＶ及び５．０％
以下のＮｂのうちから選ばれた１種若しくは２種以上の
元素の合計の含有量で１０％以下と、残部：Ｆｅ及び不
可避的不純物とからなる粉末冶金用合金粉末を用い、こ
れに対して０．５〜５．０％の割合の炭素粉末を添加、
配合して、焼結せしめることを特徴とする高密度高強度
焼結体の製造法。
（４）Ｃｒ：７．０〜３０．０％と、Ｍｎ：０．１〜１
．５％と、Ｐ：０．１〜１．０％と、Ｃ：０．１％以下
と、Ｓｉ：０．１〜４．０％と、５．０％以下のＭｏ、
５．０％以下のＷ、３．０％以下のＶ及び５．０％以下
のＮｂのうちから選ばれた１種若しくは２種以上の元素
の合計の含有量で１０％以下と、残部：Ｆｅ及び不可避
的不純物とからなる粉末冶金用合金粉末を用い、これに
対して０．５〜５．０％の割合の炭素粉末を添加、配合
して、焼結せしめることを特徴とする高密度高強度焼結
体の製造法。