JPH01290702A - 粉末冶金用鉄系粉末とその製造方法 - 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］ この発明は機械構造用部品等の製造に用いる粉末冶金用
鉄系粉末に係り、特に高強度、高圧縮性、高靭性を有し
かつ寸法安定性に優れた焼結部品の製造に適した粉末冶
金用鉄系粉末とその製造方法に関する。

［従来の技術１ 今日、粉末冶金技術の発展に伴ってその製品も多様化し
、さらにそれに要求される特性も高度化してきている。

その一つに寸法安定性がある。特に機械構造用部品等の
製造においては、仕上切削量を可及的に少なくして生産
性を高めるためにその寸法安定性が最近特に要求される
ようになってきた。

寸法安定性を良くするためには焼結時の寸法変化率を零
に近づけることが車装である。このための手段として、
従来は収縮傾向にある元素（ＮＬ）と、膨比傾向にある
元素（Ｃｕ）との添加針をコントロールしていた。

例えば、特公昭４５−９６４９号公報や特開昭５９−２
１５４０１号公報には、Ｎｉ、Ｃｕの添加量をコントロ
ールし、さらにこれら合金元素を鉄粉の表面に拡散接合
させることにより寸法変化率を零に近づけ、その安定性
を高める方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の前記方法は１１００〜１１５０’Ｃの低
温焼結におけるＮＬとムの共存は、カーケンダール現象
等により強度の低下を生じるという欠点があった。

そこで、この発明者らは先に、ＮＬ　　Ｍｏ　　Ｃａ系
低合金粉末にＣａ扮を配合した粉末により高強度、高靭
性を有し、寸法変化率を零に近づける方法を提案した。

しかし、この方法ではベース粉中の合金間が増加するた
めに圧縮性（密度の向上性）が劣り好ましくなかった。

この発明は従来の前記問題点を解決するためになされた
もので、還元鉄粉の焼結性の良さに着目し、ＮＬ粉等の
高価な成分を抑えた成分系によって、高圧縮性、高靭性
、高強度でかつ寸法変化率の小ざい末冶金用鉄系粉末と
その製造方法を提案せんとするものでおる。

なお、本発明で目的とする粉末冶金用鉄系合金の圧粉体
および焼結後の製品の性質は、ラトラー値が１以下、圧
粉体密度が６．９５ｇ、７以上、引張強度が９０ｋｓｆ
Ｊ以上、シャルピー衝撃値１ｋｑｆ−ｍ４以上、圧粉体
基準で寸法変化率が±０．２％である。

［課題を解決するための手段１ この発明は従来の前記問題点を解決する手段として、高
価なＮＬ粉を用いることなく安価な伍粉および酸化鉄粉
（ミルスケール等）の添加量を調整することによって、
高圧縮性、高強度、高靭性を有し、かつ寸法安定性の優
れた粉末冶金用鉄系粉末とその製造方法を得たものであ
る。

高強度化、すなわち焼入性の向上を目的として、純鉄粉
あるいは低合金鋼粉にＣａ粉を添加して使用する場合、
焼結中に大きな膨張が生ずることが知られている。この
現象の主たる原因としてはムの融液による毛細管現象が
あげられる。

すなわち、Ｃ１の融点（１０８３°Ｃ）以上の温度にあ
いて、伍は溶融し液相を生成する。その液相が粉末粒子
間へ侵入する時に粒子を押し広げ彫版するのである。

Ｆｅ−伍系の焼結体においてはこの巽常膨張のため、寸
法変化率が大きく、また安定性が悪いという欠点があっ
た。このような欠点を解消するためには、次のような方
法が考えられる。

■　Ｃｕ融液による異常Ｕ５服そのものの抑制方法。

■　異常膨脹が生じた後、焼結を進行させて寸法収縮を
生じさせる方法。

■の方法としては、酸化鉄を還元した粉末を用い、さら
にＣｕを拡散接合させるのが有効である。

その理由は、酸化鉄を還元すると粒子内に気孔が存在す
るため、鉄粉粒子間に流れ込む伍融液を吸収し、巽常膨
服を抑えることが可能となり、また予め伍を表面や還元
鉄の気孔に吸収させることによりさらにその効果が顕著
となるからである。

■の方法としても酸化鉄を還元した粉末を用いるのが有
効でおる。すなわち、形状が非常に不規則であり焼結性
に優れる結果、焼結中に寸法収縮を生じ易いためである
。

しかしながら、還元鉄粉は粒子内に気孔があり、形状が
不規則であるために、圧縮性に劣るという欠点がある。

したがって、Ｆｅ　−ＣＬＬ系においては、アトマイズ
鉄粉と還元鉄粉のそれぞれの長所を生かすことによって
、高圧縮性および高強度を有し、しかも寸法安定性に優
れた鉄粉を得ることが可能となるのである。

そこで、この発明者らは種々検討した結果、高価なＮＬ
粉を添加することなく安価なＣμ粉および酸化鉄粉の添
加によって、さらに必要に応じて出粉の添加によって、
高強度、高圧縮性および高靭性を保持し、１１００〜１
１５０’ＣのＲＸガス焼結において寸法変化率が±０．
２％以内に抑制できる粉末冶金用鉄系粉末を得たのであ
る。

すなわち、この発明に係る粉末冶金用鉄系粉末は、液体
アトマイズ法により製造された鉄系粉末の表面に多孔質
Ｆｅと、へが付着していることを特徴と１６゜ また、上記と同じ液体アトマイズ法により製造された鉄
系粉末の表面に、多孔質Ｆａと、伍および出が付着して
いることを特徴とするものである。

また、上記粉末冶金用鉄系粉末の製造方法としては、液
体ア］・マイズ法により製造し、仕上処理された鉄系粉
末と酸化鉄粉および金属伍粉とを混合し、還元性雰囲気
中で加熱し、還元したＦｅと伍を該鉄系粉末の表面に拡
散付着せしめることを特徴とする。

また、同じく液体アトマイズ法により製造し、仕上処理
された鉄系粉末と酸化鉄粉、金属ＣＬＬ　３１および金
属−粉とを混合し、還元性雰囲気中で加熱し、還元した
Ｆｅと、Ｃｕおよび冷を該鉄系粉末の表面に拡散付着せ
しめることを特徴とする。

また、浸炭性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化され
たままの鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属へ粉とを混合
し、脱炭性雰囲気中で加熱後、さらに還元性雰囲気中で
加熱することにより、脱炭された前記鉄系粉末の表面に
、還元されたＦｅと、伍を拡散付着せしめることを特徴
とする。

また、同じく浸炭性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末
化されたままの鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属伍粉と
金ＢＭｏ粉を混合し、脱炭性雰囲気中で加熱後、さらに
還元性雰囲気中で加熱することにより、脱炭された前記
鉄系粉末の表面に、還元されたＦｓと、伍および比を拡
散付着せしめることを特徴とする。

また、酸化性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化され
たままの鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属へ粉とを混合
し、還元性雰囲気中で加熱することにより、還元された
前記鉄系粉末の表面に、還元されたＦｅと、伍を拡散付
着せしめることを特徴とする。

また、同じく酸化性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末
化されたままの鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属伍粉と
金属−粉を混合し、還元性雰囲気中で加熱することによ
り、還元された前記鉄系粉末の表面に、還元されたＦｓ
と、へおよび出を拡散付着せしめることを特徴とする特 ［作　　用１ 請求項１〜８において液体アトマイズ法、具体的には浸
炭性または酸化性噴霧媒を用いてアトマイズ法により製
造された粉末を用いるのは、液体アトマイズ法では粉末
が急冷されるから、粉末の形状は球形ではなく、凹凸の
ある異形である。このため、圧粉体の結合強度が高くな
る作用がある。

アトマイズ時の浸炭性噴霧媒としては、鉱物油、動物油
、植物油、アルコール等いずれでもよく、酸化性噴霧媒
としては水が用いられる。

前記粉末の表面に付着した多孔質Ｆｅは反応性に富んで
いるため、焼結性が良好で寸法収縮を生じにくくする作
用がある。多孔質Ｆｅ量の好ましい範囲は２〜３５重量
％である。

前記粉末の表面に付着したへは、焼結時に溶融して鉄粉
の空孔に流れ込み、膨張を抑制する作用がある。ＣＬＬ
Ｉの好ましい範囲は０．５〜４重量％である。

前記粉末の表面に付着した−は、焼結製品の焼入性を向
上させ、強度を増大させる作用がある。

尚の好ましい範囲は１重量％以下である。

請求項３，４において、仕上処理された粉末とは、浸炭
層を有する粉末は脱炭処理された粉末、酸化層を有する
粉末は還元処理された粉末であり、これらを用いるのは
、該粉末は浸炭または酸化していないから、粉末の脱炭
または還元処理が不要となるためである。

同じく請求項３，４において、還元性雰囲気で加熱する
のは、酸化鉄を還元するためと、アトマイズ粉の表面に
還元された鉄粉、髄粉または比粉を拡散付着させるため
であり、還元した鉄粉は多孔質となって、前記の作用を
有する。還元・拡散条件は、Ｈ２雰囲気中（露点はＯ’
Ｃ以下が好ましく、さらに好ましくは一１０℃以下）７
００〜１０５０℃が好ましく、さらに好ましくは９００
〜１０００’Ｃである。

また、請求項５，６において、脱炭性雰囲気で加熱する
のは、浸炭性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化した
ままの鉄系粉末は浸炭層を有するため、これを脱炭する
ためである。脱炭条件は、Ｈ２雰囲気中（露点は３０〜
８０’Ｃが好ましく、さらに好ましくは４０〜７０℃）
　　８００〜１０５０’Ｃが好ましく、さらに好ましく
は８００〜９５０℃である。

なお、請求項５，６において、脱炭処理後さらに還元処
理を行なうのは、酸化鉄粉を還元するためと、アトマイ
ズ粉の表面に還元された鉄粉、伍粉を拡散付着させるた
めであり、還元された鉄粉は多孔質となって、前記の作
用を有する。還元・拡散条件は、Ｈ２雰囲気中（露点は
０℃以下が好ましく、さらに好ましくは一１０℃以下）
　　７００〜１０５０℃が好ましく、さらに好ましくは
９００℃である。

請求項７．８において、還元性雰囲気で加熱するのは、
酸化性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化したままの
鉄系粉末は酸化層を有するため、これを還元するためと
同時に酸化鉄粉を還元するためと、アトマイズ粉の表面
に還元された鉄粉、髄粉またはこれらと冷粉を拡散付着
させるためでおり、還元された鉄粉は多孔質となって、
前記の作用を有する。還元・拡散条件は、Ｈ２雰囲気中
（露点は０℃以下が好ましく、さらに好ましくは一１０
’Ｃ以下）　　７００〜１０５０’Ｃが好ましく、さら
に好ましくは９００〜１ｏｏｏ’ｃで必る。

なお、請求項１〜８において、多孔質鉄、ム、比等の拡
散付着は、これらの成分の均等配置により偏析を防止す
る作用がある。

［実　施　例１ 第１表に示す組成を有する鉄系粉末を油アトマイズ法、
または水アトマイズ法により製造し、第３表に示す条件
で配合、熱処理を行なって原料粉を調整した。

この時用いた配合用の多孔質ＦＢ川用料は、ミルスケー
ルとした。

この原料粉末の粉体特性（圧縮性、成形性）を、従来例
と比較して３表に併せて示す。

次いで、この原お１粉を第２表に示す条件で配合、成形
、焼結、熱処理を施した結果も従来例と比較して第３表
に併せて示す。

第３表より、本発明例は従来より実施されている純Ｆｅ
　十〇ＬＬのミックス扮（Ｎｏ、１３＞や、還元鉄粉子
ＣＬＬのミックス′＃５″Ｊ（１４，１４）に比べ、圧
縮性の向上、強度の向上、さらに寸法変化率も安定して
いることがわかる。

また、高強度化を狙ったＮｏ、１２、さらにそれの寸法
変化率の改善を狙ったＮＯ，１５と比べ、全ての面にお
いて同等、もしくはそれ以上の特性を示している。

また、寸法変化率のコントロールを高価なＮＬ添加によ
って行なう場合（Ｎｏ、１０．１１＞と同等の寸法変化
率、（ｌ！！諸特性が本発明例により発現していること
がわかる。

（以下余白） ［発明の効果１ 以上説明したごとく、この発明は高価なＮｊに替えて安
価な髄および酸化鉄のみの添加により、寸法変化率のコ
ントロールが可能となり、寸法変化率を大幅に改善でき
るとともに圧縮性、強度および靭性にも優れ、粉末冶金
製品の品質特性の向上に大なる効果を奏するものである
。

出願人　　住友金属工業株式会社 代埋入　　弁理士　押田良久にＪＷｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体アトマイズ法により製造された鉄系粉末の表面に多
   孔質Ｆｅと、Ｃｕが付着していることを特徴とする粉末
   冶金用鉄系粉末。 ２ 液体アトマイズ法により製造された鉄系粉末の表面に多
   孔質Ｆｅと、ＣｕおよびＭｏが付着していることを特徴
   とする粉末冶金用鉄系粉末。 ３ 液体アトマイズ法により製造し、仕上処理された鉄系粉
   末と酸化鉄粉および金属Ｃｕ粉とを混合し、還元性雰囲
   気中で加熱し、還元したＦｅとＣｕを該鉄系粉末中の表
   面に拡散付着せしめることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の粉末冶金用鉄系粉末の製造方法。 ４ 液体アトマイズ法により製造し、仕上処理された鉄系粉
   末と酸化鉄粉、金属Ｃｕ粉および金属Ｍｏ粉とを混合し
   、還元性雰囲気中で加熱し、還元したＦｅと、Ｃｕおよ
   びＭｏを該鉄系粉末の表面に拡散付着せしめることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の粉末冶金用鉄系粉
   末の製造方法。 ５ 浸炭性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化されたまま
   の鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属Ｃｕ粉とを混合し、
   脱炭性雰囲気中で加熱後、さらに還元性雰囲気中で加熱
   することにより、脱炭された前記鉄系粉末の表面に、還
   元されたＦｅと、Ｃｕを拡散付着せしめることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の粉末冶金用鉄系粉末の
   製造方法。 ６ 浸炭性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化されたまま
   の鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属Ｃｕ粉と金属Ｍｏ粉
   を混合し、脱炭性雰囲気中で加熱後、さらに還元性雰囲
   気中で加熱することにより、脱炭された前記鉄系粉末の
   表面に、還元されたＦｅと、ＣｕおよびＭｏを拡散付着
   せしめることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   粉末冶金用鉄系粉末の製造方法。 ７ 酸化性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化されたまま
   の鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属Ｃｕ粉とを混合し、
   還元性雰囲気中で加熱することにより、還元された前記
   鉄系粉末の表面に、還元されたＦｅと、Ｃｕを拡散付着
   せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   粉末冶金用鉄系粉末の製造方法。 ８ 酸化性噴霧媒を用いるアトマイズ法で粉末化されたまま
   の鉄系粉末と、酸化鉄粉および金属Ｃｕ粉と金属Ｍｏ粉
   を混合し、還元性雰囲気中で加熱することにより、還元
   された前記鉄系粉末の表面に、還元されたＦｅと、Ｃｕ
   およびＭｏを拡散付着せしめることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の粉末冶金用鉄系粉末の製造方法。