JPH01290703A

JPH01290703A - 焼結用低合金鋼粉末混練物

Info

Publication number: JPH01290703A
Application number: JP63118920A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Kusaka; 草加　勝司; Yasumasa Kato; 靖正加藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-22

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、成形性に優れ、かつ焼結時に拡散・合金化し
やすい焼結用低合金鋼粉末混練物に関する。

（従来の技術）、粉末冶金法は、鋳造、鍛造などの溶製法と並んで最終
製品またはそれに近い形状の機械構造部品などを製造す
る方法として広く知られている。

この粉末冶金で使用される原料粉末として、焼結部品の
強度や耐摩耗性を向上させるために炭素や各種の添加元
素を配合してなる低合金鋼粉末がある。

この種の低合金鋼粉末は鉄粉にＮｉ、Ｃｒ、ＭＯなどの
元素粉末を少量配合させたもので、その低合金鋼粉末の
製造法としては、溶湯噴霧法による製法のほか、鉄粉に
所定成分の元素粉末を添加・混合する母合金混合法が知
られている。

ところが、溶湯噴霧法によると、低合金鋼粉末中の合金
元素が固溶硬化しているため、成形時に鉄粉本来の良好
な圧縮性が発揮されず、高密度の焼結体が得られない。

また、母合金混合法によると、鉄粉の周囲に元素粉末が
付着しただけで圧縮性は比較的良好であるが、しかし、
焼結時に鉄粉中に合金元素が充分に拡散・均一化しにく
い。

そこで、この母合金混合法の改良として本発明者の１人
は、鉄粉に添加する合金元素を予め細粒径の鉄合金粉末
の形で鉄粉に付着させることにより焼結時の拡散合金化
が一層容易になることを見出し、この知見に基づいて本
出願人は特許出願を行なった（特願昭６１−２５８５８
３、特願昭６２−２３４７９７）。この場合、合金元素
のうちのＣ「、Ｍｎなとの酸化されやすい活性金属につ
いては鉄合金粉末の鉄基地中に希釈されているため、焼
結時にこれらの活性金属は酸化されにくいという利点が
ある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、最近の粉末冶金によると、射出成形法により
特定の３次元形状の焼結部品を直接製造できるようにな
った。

ここに、射出成形法に用いる金属粉末は、射出成形時の
流動性を確保するため、従来の２次元形状の焼結晶を造
るときの粉末冶金用原料粉の粒径に比較して粒径が１桁
小さい細粒金属粉を用い、例えば金属カーボニルの熱分
解という特殊な製造法によって造る細粒のカーボニルＦ
ｅ扮末やカーボニルＮｉ扮末（平均粒度５μｍ以下）を
使用している。

しかし、従来の射出成形法に用いる金属粉末については
、高圧ガス噴霧法あるいは高圧水噴霧法等により製造し
た合金銅粉であると、装置等の制約から粉末粒径１０μ
ｍ付近が細粒化の限度であり、カーボニル粉はど細粒径
の合金銅粉を造ることは困難である。つまり、溶湯噴霧
法により製造した低合金鋼粉末であると、１種の機械的
粉砕によるため細粒化に限度があり、形状的にもカーボ
ニルＦｅ、Ｎｉ粉末はど球状でかつ均一粒度のものは得
がたい。したがって、溶湯噴霧法により製造した低合金
鋼を用いて射出成形すると、粉末が粗大で粒度が不均一
等の理由により、流動性および成形性が悪化し焼結体の
高密度化がはかれないという問題がある。

特に高圧水噴霧法による合金鋼粉であると、粒形が不規
則化するため、有機バインダとの混練物の形にした場合
、一定の流動性を確保するため多量の有機バインダを必
要とし、この有機バインダを増重すると、脱脂処理や焼
結部品の寸法管理が困難になるという問題がある。

そこで本発明者らは、前述した母合金混合法を応用し、
一般に細粒であるカーボニルＦｅ、Ｎｉ粉末に高圧水噴
霧法などで製造した合金鋼粉末を添加し、この混合粉末
に有機バインダを混入した混練物を原料とすれば、射出
成形時の流動性が良好になりかつ焼結時に比較的容易に
拡散・合金化して低合金鋼焼結体が得られることを見出
した。

本発明の目的は、射出成形時の流動性および成形性に優
れ、焼結時に拡散合金化しやすい粉末冶金用低合金鋼粉
末材を提供することである。

（課題を解決するための手段）そのために本発明の焼結用低合金鋼粉末混練物は、カー
ボニルＦｅまたはＮｉ粉末に水噴霧合金鋼粉末を５〜２
０重量％を混合し、この混合粉末に有機バインダを適ｌ
混入した混練物からなり。

前記水噴霧合金鋼粉末はＦｅを３０重量％以上と１種ま
たは２種以上の拡散硬化元素を適量含有し、前記水噴霧
合金鋼粉末の平均粒径は前記カーボニルＦｅまたはＮ１
粉末の平均粒径の１〜８倍の範囲にあることを特徴とす
る。

前記水噴霧合金鋼粉末中の拡散硬化元素は、Ｃ１Ｎ　ｉ
、Ｃｕ％Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉから選ばれた少なくと
も１種類であることを特徴とする。

前記拡散硬化元素の含有量は、前記混合粉末に対して合
計で０．５重１％以上であることを特徴とする。

本発明において、水噴霧合金鋼粉末中のＦｅを３０重】
％以上としたのは、合金鋼粉末中のＦｅの含有量が３０
重量％未満であると、焼結時に合金元素がカーボニルＦ
ｅ、Ｎｉ粉末中に拡散反応しにくくなり、また特に合金
元素がＭｎ、Ｃｒの場合は焼結時にＭｎ、Ｃｒ等が酸化
しやすく安定な酸化物を生成し焼結性が悪くなるからで
ある。

前記拡散硬化元素としては、通常の低合金鋼部品に使用
されるＣ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＭＯなどの拡散硬
化元素をあげること力へできるが。

これらの合金元素に特に限定されるものでない。

水噴霧合金鋼粉末の平均粒径をカーボニルＦｅまたはＮ
ｉ粉末の平均粒径の１〜８倍としたのは、通常のカーボ
ニルＦｅまたはＮｉ粉末の平均粒福が５μｍ以下である
から、合金鋼粉末の平均粒径を４０μｍ以下のものであ
れば高圧水噴霧法等により比較的容易に製造することが
できるからである。また合金鋼粉末の平均粒径がカーボ
ニルＦｅまたはＮ１扮末の平均粒径の８倍を超えると、
有機バインダを過剰に加えない限り射出成形が困難にな
りかつ焼結体の密度が大幅に低下するからである。この
範囲内の平均粒径の水噴霧合金鋼粉末であれば、カーボ
ニルＦｅまたはＮｉ粉末（平均粒径５μｍ以下、球状）
および有機バインダとの混合により混練物の流動性がか
なり改善される。

カーボニルＦｅまたはＮｉ粉末に水噴霧合金鋼粉末を５
〜２０重１％の範囲で混合したのは、合金鋼粉末にカー
ボニルＦｅまたはＮｉ粉末を混入し希釈する場合、水噴
霧合金鋼粉末を５重量％未満にすると、濃化した合金元
素が焼結時にカーボニルＦｅまたはＮｉ粉末中に十分に
拡散均一化しにくくなるので、焼結体内にミクロ偏析が
生じて低合金鋼本来の特性を損なうことになるからであ
る。逆に２０重１％を超えると５水噴霧合金鋼特有の不
規則形状粉の割合が多くなるので、カーボニルＦｅ、Ｎ
ｉ（球状）粉末による混練物での一定の流動性が確保で
きず、やはり射出成形困難となる。

混合粉末中の拡散硬化元素を、合計で０．５ｉ１％以上
としたのは、１種または２種以上の拡散硬化元素を添加
すると、得られた焼結体の機械的性質が改善されるから
であり、焼結体の所定の引張り強さと破断伸びを通常の
低合金鋼レベルに確保するのに前記拡散硬化元素は合計
で０．５重量％以上添加する必要があることが判明した
からである。

なお、前記水噴霧合金鋼粉末の成分は、カーボニルＦｅ
またはＮ１粉末で希釈された状態で所定の合金鋼組成に
なるよう予め合金成分を濃化しておく。

（実施例）本発明の実施例について説明する。

夫五狙」カーボニルＦｅ粉末（平均粒径５μｍ）に対し。

水噴霧合金鋼粉末二Ｉ、９Ｍｎ−１９，８Ｎｉ　−４，
８Ｍｏ−Ｆｅを１０重量％混合し、さらに有機バインダ
８重１％を加えて１５０℃以下で混練し、十分均一化し
た。

この混練物について射出成形時の流動特性を表わす指標
となるメルトインデクサ値（Ｍｌ値）を荷重：２．１６
Ｋｇの条件で測定した。この測定値を水噴霧合金鋼粉末
の平均粒度をパラメータとして第１図に示す。図中の値
は、水噴霧合金鋼粉末の平均粒度と焼結体の密度を示す
。

第１図に示すように、カーボニルＦｅ粉末に混合する水
噴霧合金鋼粉末が粗粒化するにつれて、Ｍｌ値が減少し
、混練物の流動性が低下することが判かる（試験例１〜
４）。このグラフより水噴霧合金鋼の平均粒径がカーボ
ニルＦｅ粉末の８倍までなら通常の射出成形温度１９０
℃までにＭｌ値は２０以上を確保できることが推定され
る。

そして射出成形試験を行なった結果、試験例１〉３の混
練物は成形が容易であったが、しかし、比較例４の混練
物は成形が困難であり、しかもその成形品は表面光沢が
なくかつ焼結体密度の低下も著しいことが判明した。

Ｘ五■ユカーボニルＦｅ粉末（平均粒径：５μｍ）に各種水噴霧
合金鋼粉末を混合し、混合粉末の組成を０、Ｉｃ−０，
２Ｍｎ−２Ｎｉ−０，５Ｍｏ−Ｆｅとなるよう配合し、
さらに実施例と同じ要領で有機バインダを加えて混練し
、十分均一化した。

得られた混練物についてＭｌ値を確認し、射出成形（標
準条件：１９０℃、Ｉｔｏｎ／ｃｍ”）を行なった６次
いで、得られた成形体を加圧雰囲気中、温度１２７０℃
で脱脂焼結を行なった。

そして焼結体の密度を測定し、マイクロアナライザによ
り成分偏析の度合を判定した。これらの結果を水噴霧合
金鋼粉末の平均粒径とともに第１表に示す。

（以下、余白）第１表から明らかなように、カーボニルＦｅ粉末に混合
する水噴霧合金鋼粉末の配合割合（混合率）が小さすぎ
ると（比較例５）、焼結体は高密度化しやすい代りに合
金成分の局部的な濃化（偏析）が残り、ミクロ偏析が大
きくなる。この水噴霧合金鋼の配合割合を多くするにつ
れて焼結密度は漸減する（試験例６．７．８）。そして
前記混合率が特に３０重■％であると（比較例９）、Ｍ
Ｉ値が２０ｇ／ｌ０ｍ１ｎ未満となるので、流動性が悪
化し焼結密度も低下し好ましくない。

見立±１カーボニルＦｅ、Ｎｊ扮末（平均粒径：３〜５μｍ）に
各種水噴霧合金鋼粉末を適量混合し、さらに前記実施例
１．２と同じ要領で有機バインダを加えて１５０℃以下
で十分混練した。

この混練物について、温度１９０℃でＭｌ値を確認し、
温度１７０〜１９０℃、圧力ＩＩ−ｏｎ／ｃｍ”の条件
で射出成形を行なった。得られた成形体を加圧雰囲気中
で脱脂・焼結（１２７０℃）した後、焼結体の密度と引
張強さを測定した。

これら焼結体の密度と引張強さの結果を水噴霧合金鋼粉
末の平均粒径とともに第２表に示す。

ただし、第２表中＊印はカーボニルＮｉ粉末で配合した
。

（以下、余白）第２表から明らかなように、比較例１０は拡散硬化元素
が不足するため、焼結密度は比較的大きいが引張強さは
５０ｋｇｆ／ｍｍ”未満に低下した。

また比較例１２は水噴霧合金鋼粉末の混合率が多すぎて
流動性、焼結密度とも低くなり引張強さが低下したもの
と推定され、低合金鋼本来の強度が得られていない。逆
に比較例１８は水噴霧合金鋼粉末の混合率が少なすぎて
焼結密度に見合った強度が得られず、これは拡散・合金
化が不十分であるためと推定される。

これに対し、試験例１１．１３〜１７．１９〜２２につ
いては、焼結密度、引張強さとも十分に高い値になり、
混練物の成形性、焼結時の拡散合金化特性、焼結性等が
良好なものになることが判明した。

（発明の効果）以上説明したように１本発明の焼結用低合金鋼粉末混練
物を用いると、流動性ないし成形性が良好なため射出成
形時に特定の３次元形状の成形品を容易に造ることがで
き、この成形品を焼結すると５合金酸分の拡散合金化が
促進されるので、高密度の焼結体が得られ、引張強さ等
の機械的性質の優れた焼結体が得られるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の芙施例における各種水噴霧合金鋼の平
均粒径の異なる混練物のメルトインデクサ値と射出成形
温度との関係を表わすグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）カーボニルＦｅまたはＮｉ粉末に水噴霧合金鋼粉
末を５〜２０重量％を混合し、この混合粉末に有機バイ
ンダを適量混入した混練物からなり、前記水噴霧合金鋼
粉末はＦｅを３０重量％以上と１種または２種以上の拡
散硬化元素を適量含有し、前記水噴霧合金鋼粉末の平均粒径は前記カーボニルＦｅ
またはＮｉ粉末の平均粒径の１〜８倍の範囲にあること
を特徴とする焼結用低合金鋼粉末混練物。
（２）前記水噴霧合金鋼粉末中の拡散硬化元素は、Ｃ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉから選ばれた少な
くとも１種類であることを特徴とする請求項１に記載の
焼結用低合金鋼粉末混練物。
（３）前記拡散硬化元素の含有量は、前記混合粉末に対
して合計で０．５重量％以上であることを特徴とする請
求項２に記載の焼結用低合金鋼粉末混練物。