JPH02166255A

JPH02166255A - ウイスカ強化合金鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH02166255A
Application number: JP31962388A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sakate; 宣夫坂手
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-26

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】［産業上の利用分野コこの発明は、耐摩耗性を向上させたウィスカ強化合金鋼
の製造方法に関する。

［従来の技術］近年、切削工具の技術分野においては、切削速度が増し
たり、シール部材の技術分野においては、高負荷条件下
での使用が要求されたりして、これらの耐摩耗性の向上
した材料の使用環境は、益々厳しくなりつつある。

このような状況の下で、従来より、例えば、特開昭６０
−１６９５４９号公報に示されるように、合金鋼の交互
を高くして耐摩耗性を向上させる目的で、高速度鋼粉末
に各種の炭化物・窒化物等の硬質粒子を混合して分散し
た状態で合金鋼を製造する技術が知られている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような従来の製造方法で合金鋼を製
造すると、確かに、耐摩耗性ば向上するものの、製造さ
れた合金鋼の機械的強度、例えば、抗折強度が低下して
しまう事態が発生することとなる。この結果、このよう
な合金鋼が高負荷下で使用されると、割れ、あるいは、
硬質粒子の欠落によるチッピングが発生することになる
。

この発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、この
発明の目的は、耐摩耗性に優れると共に、機械的強度も
良好に維持されたウィスカ強化合金鋼の製造方法を提供
することである。

［課題を解決するための手段］上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明
に係わるウィスカ強化合金鋼の製造方法は、純鉄粉末と
硬質ウィスカとを混合し、ウィスカの周囲に純鉄をコー
ティングする第１の工程と、この第１の工程の後に、合
金粉末を混合する第２の工程と、この第２の工程の後に
、混合された粉末を圧粉成形し、焼結させる第３の工程
とを具備する事を特徴としている。

［作用コ以上のように構成されるウィスカ強化合金鋼の製造方法
においては、強度の高いウィスカの周囲に相対的に柔ら
かい純鉄がコーティングされ、これらに他の合金成分が
混入されて圧粉された状態で、内部に形成される空洞（
ボア）の発生率は低く抑えられることになる。このよう
にして、ウィスカの存在により耐摩耗性は担保されると
共に、ボアの発生が低く抑えられることにより、機械的
強度が良好に維持されることになる。

［実施例］以下に、この発明に係わるウィスカ強化合金鋼の製造方
法の一実施例の構成を添付図面を参照して、詳細に説明
′する。

先ず、この一実施例に基づいて実施される製造方法の概
略を説明する。

この製造方法においては、先ず、製造する合金鋼の成分
を、純鉄とその他の合金成分とに分け、次に、純鉄粉末
とセラミック製の硬質ウィスカ（配状単結晶繊維）とを
、高エネルギ・ボールミル中で機械的に混合する第１の
混合工程が実行される。この混合により、第１図に示す
ように、軟質の純鉄１０中に硬質ウィスカ１２がめり込
み、あたかも、ウィスカ１２が純鉄によりコーティング
された様な形態を呈することとなる。そして、両者は、
機械的に堅固に結合することとなされている。

次に、このように形成された純鉄とウィスカとの混合物
の中に、残りの合金成分の粉末（炭化物または金属の粉
末）が混入される第２の混合工程が実行される。

そして、このように混合された粉末は、金型を介して所
定の形状に圧粉成形され、真空中または不活性ガス中に
おいて焼結する成形工程を実行される。

このような製造方法により製造された合金鋼（焼結体）
は、耐摩耗性に優れ、機械的強度の低下もほとんどない
ものである。この機械的強度の維持は、ウィスカと純鉄
とを予め堅固な状態で結合させているため、焼結が充分
に行なわれ、密度が高く設定されているため、内部に形
成されるボアが極めて少なくなされているからである。

また、耐摩耗性に関しては、硬質粒子分散合金鋼と比較
しても、混合されたウィスカは配状であるので、マトリ
ックス合金中よりも欠落し難く、耐摩耗性が優れること
となされている。

以下に、上述した製造方法で実際に合金鋼を製造した場
合の、第１の実施例及び第２の実施例を、詳細に説明す
る。

先ず、第１の実施例においては、平均粒径が１ｉｏμｍ
の純鉄粉末と、直径的５μｍ、長さが約２０〜５０μｍ
のＡβ２０．ウィスカとを、容量比で９０：１０となる
ように配合し、これらを高エネルギ・ボールミル中にお
いて１０時間混合した。この混合物に、以下に示す割合
で合金元素成分粉末を添加した。即ち、重量比で、上述
した混合物（Ｆ　ｅ　＋　Ａ　Ｊ２２０　ｓウィスカ）
：Ｃｒ粉末：Ｍｏ粉末：Ｗｃ粉末；■ｃ粉末：カーボン
粉末が、（８２，２＋１７．’６）：４．１　：４．９
：６．５：２．２：０．１と設定されている。この配合
比率は、マトリックス部分である合金鋼の化学成分が、
ＪＩＳ規格の５ＫＨ５１に相当するよう設定されたもの
である。この結果、マトリックス合金とＡβ２０３ウィ
スカとの容量比は８５：１５となされた。

このように配合された粉末を、高エネルギ・ボールミル
中で１時間混合した。この混合時において、溶媒として
、エタノールが用いられた。そして、この混合された粉
末を、金型を用いて、５　ｔ　／　ｃｍの圧力で所定の
形状に圧粉成形した。そして、この圧粉体を以下の条件
で焼結した。

焼結温度　　　、１２３０℃ 焼結時間　　　、１時間焼結雰囲気　　；真空中その後、１２００’Ｃで焼入れ（油冷）を行ない、更に
５４０℃で焼戻しく空冷）を１時間実行する後処理を、
系３回繰り返して実行し、最終的に合金鋼を製造した。

次に第２の実施例を説明するが、この第２の実施例にお
いては、第１の実施例とは同様な方法で、各粉末成分の
配合比が変更されている。即ち、各粉末成分の配合比は
、重量比で、上述した混合物（Ｆｅ　＋Ａｌ２２０３ウ
イスカ）：Ｃｒ粉末；Ｍｏ粉末；Ｗ粉末　Ｍｏ粉末−ｃ
ｏ粉末　カーボン粉末が、（６７，６＋４．９）：４．
５：３．２：１０．２：４．３：９．７　・０．５と設
定されている。この配合比は、マトリックス部分である
合金鋼の化学成分が、ＪＩＳ規格の５ＫＨ５７に相当す
るように設定されたものである。ここで、マトリックス
合金とＡｌ２２０３ウイスカとの容量比は、９０：１０
となされた。

そして、このように混合された粉末な正分成形し、以下
の条件で焼結した。

焼結温度　　　、１２４０℃ 焼結時間　　　；１時間焼結雰囲気　　：真空中そして、後処理条件は、焼入れ温度が１２２０℃であり
、焼戻し温度が５５０℃と変更された他は、第１の実施
例と同様に、この後処理を３回繰り返した。

このように、製造条件を異ならせた状態で第１及び第２
の実施例を実施し、以下に述べる６種類の比較例と、夫
々の硬度、気孔率、機械的強度を示す抗折強度、比摩耗
量とで比較した。

〈第１の比較例〉５ＫＨ５１相当の粉末（粒径；１６０μｍ以下）を、上
述した第１の実施例と同様な条件の下で成形・焼結後、
焼入れ・焼戻しの後処理を実施した。

く第２の比較例〉５ＫＨ５１相当の粉末（粒径；１６０μｍ以下）と、Ａ
ｆ２２０３ウィスカとを、容量比で８５１５に配合し、
高エネルギ・ボールミル中で１００時間混し、上述した
第１の実施例と同様の条件で、成形・焼結後、焼入れ・
焼戻しの後処理を行なった。

く第３の比較例〉上述した第１の実施例における純鉄化の各粉末を混合す
るに際して、高エネルギ・ボールミルを用いないで、乳
鉢を用いて混合した。この混合工程以外の工程は、第１
の実施例と同様の条件により実行した。

く第４の比較例〉上述した第１の実施例におけるＡｌ２２０３ウイスカの
替りに、Ａ　’Ｑ　２０　ｓ粉末（平均粒径：３μｍ）
を用いて純鉄と混合した。各粉末の混合比と手順は、第
１の実施例と同様に設定した。

〈第５の比較例〉５ＫＨ５７に相当する粉末（粒径；１６０μｍ以下）を
、上述した第２の実施例と同様な条件で成形・焼結後、
焼入れ・焼戻しの後処理を実行した。

く第６の比較例〉５ＫＨ５７に相当する粉末（粒径；１６０μｍ以下）と
Ａｊ２ａＯ３ウィスカ（上述した第２の実施例で使用し
たものと同じもの）とを、容量比で９０：１０に配合し
、高エネルギ・ボールミル中で１００時間混し、上述し
た第２の実施例と同様の条件で、成形・焼結後、焼入れ
・焼戻しの後処理を実行した。

以上の第１及び第２の実施例と第１乃至第６の比較例と
で得られた合金鋼（焼結体）の、夫々の測定結果を以下
の表に示す。

ここで、表に示された比摩耗量は、ビオニオンディスク
式試験により試験した結果得られた値である。この試験
は、相手材として、ＳＣＭ４１５のディスクを用い、摺
動速度を３ｍ／秒と設定した状態で行なわれた。

一方、Ａｌ２２０３ウイスカの混合量が強度に及ばず影
響を調べるため、第１及び第２の実施例において、夫々
のＡＱ２０ｓウィスカの混合比を変化させ、曲げ強度と
の関連を測定した。この結果を第２図に示す。

先ず、上記した表から明かなように、全ての合金鋼にお
ける硬度は、略同様な値を呈するものの、気孔率（即ち
、ボアの発生率）に関しては、第１及び第２の実施例と
、第１、第４並びに第５の比較例で低く抑えられ、この
結果、抗折強度は、これらの例において強く維持され、
他の例においては、気孔率が高いために、抗折強度は弱
くなされている。即ち、気孔率が高いと、換言すれば、
ボアが多く残留していると、この合金鋼の脆性が大きく
なり、全体としての機械強度が弱くなされることになる
。

また、比摩耗量は、第１及び第２の実施例において極め
て低く抑えられ、第１乃至第６の比較例と比較して、顕
著な改良が認められるものである。

一方、第２図から明かなように、Ａｌ２２０３ウイスカ
の混入量は、曲げ強度にのみ着目すれば、少なければ少
ない方が高い強度が維持されることになる。しかしなが
ら、このＡβ２０３ウィスカの存在は耐摩耗性において
不可欠な要素となるので、混入するのが好適するもので
ある。以上の観点から、このＡｌ２２０３ウイスカは、
曲げ強度を不当に低めない範囲として、容量比で約２５
％以内の範囲で混合することが好適するものであること
が分かる。

［発明の効果コ以上詳述したように、この発明に係わるウィスカ強化合
金鋼の製造方法は、純鉄粉末と硬質ウィスカとを混合し
、ウィスカの周囲に純鉄をコーティングする第１の工程
と、この第１の工程の後に、合金粉末を混合する第２の
工程と、この第２の工程の後に、混合された粉末を圧粉
成形し、焼結させる第３の工程とを具備する事を特徴と
している。

従って、この発明によれば、耐摩耗性に優れると共に、
機械的強度も良好に維持されたウィスカ強化合金鋼の製
造方法が提供されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わるウィスカ強化合金鋼の製造方
法の一実施例の実施の際に行なわれる純鉄とＡｊ２．０
３ウイスカとの混合状態を示す図；そして、第２図はＡβ２０３ウィスカの容量比と曲げ強度との関
係を示す線図である。図中、１０・・・純鉄、１２・・・硬質ウィスカである
。

Claims

【特許請求の範囲】純鉄粉末と硬質ウィスカとを混合し、ウィスカの周囲に
純鉄をコーティングする第１の工程と、この第１の工程
の後に、合金粉末を混合する第２の工程と、この第２の工程の後に、混合された粉末を圧粉成形し、
焼結させる第３の工程とを具備する事を特徴とするウィ
スカ強化合金鋼の製造方法。