JPH02217401A - 鉄系焼結部材の製造方法 - 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］ 本発明は鉄を主成分とする鉄系焼結部材の製造方法に関
し、殊に焼結時の寸法変化を任意に調整し得る様に構成
した鉄系焼結部材の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 粉末冶金法は圧延、鍛造、鋳造等からなる従来の工程を
大きく変更し、原料となる金属粉末を圧縮成形後焼結す
る方法である。従って粉末冶金法によれば、ＷやＭｏ等
の高融点金属材料、含油軸受やフィルター等の多孔質材
料、超硬合金やサーメット等の工具材料等の様に、従来
の溶製法では製造が困難であった部材の製造が可能にな
る。そればかりか、非切削による材料歩留まりの向上。

高い寸法精度竺の製造面での利点、および溶製材で発生
しゃすい偏析や異方性が少ないという材料面での利点、
等の様に溶製材では得られない各種の長所があることか
ら、従来溶製法によって製造されていた各種部材を粉末
冶金法におきかえて製造することも行なわれている。

粉末冶金法によって製造される鉄系焼結部材については
様々のものが知られており、例えば強度、耐候性、耐摩
耗性等の向上を図るという目的の下に、主成分となる鉄
粉に対し黒鉛や銅等の微粉末を混合して焼結したものが
知られている。また焼結部材の適用範囲の拡大という観
点から、焼結部材にはより高い靭性や強度が要求される
様になった。鉄系焼結部材の靭性や強度の向上を図る手
段としては、ＮｉやＭｏ等を添加して合金化する方法が
知られており、とりわけＮｉ、Ｍｏ。

Ｃｕ等の硬化性元素微粉末を鉄粉の表面に拡散付着させ
た拡散型合金粉末を原料粉末として用いることが効果的
であると言われている。

［発明が解決しようとする課！ｌ！！］前記拡散型合金
粉末を原料粉末として使用すると、強度や硬さの高い焼
結部材が容易に得られることから通常の焼結部材よりも
製造加工々程が省略できるという利点を有する反面、焼
結後の切削加工等が困難になる為、焼結を済ませた段階
で寸法精度はより厳しくなる。従って焼結ままの状態で
最終寸法精度が得られる様に焼結時の寸法変化をより綿
密に予測・調整する必要が生じる。

この様な寸法変化の調整は、焼結条件（温度１時間、雰
囲気等）を変えることによっても若干は可能であるが、
作業性、経済性等の面で問題が多く、また調整範囲が狭
い、一方原料粉末の組成によって焼結部材の寸法変化を
調整する方法として特公昭４５−９８４９号に開示され
る様な技術が提案されている。この技術は寸法変化に影
響を与えるＣｕやＭＯを酸化物の形で添加するものであ
る。しかしながらこの技術においても、寸法変化の調整
幅が狭いという欠点ある他、特に銅酸化物を使用した場
合における当該酸化物の還元による炉内雰囲気の悪化、
還元率の低下、鉄粉の再酸化等による圧縮性低下環の問
題がある。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、鉄系焼結部材の焼結時におけ
る寸法変化を適切に調整することができ且つ圧縮性の向
上を図り得る様な製造方法を１是イ共することにある。

［！ｌ！！Ｉを解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明方法とは、下記［！］およ
び［ｌ！］の拡散型合金粉末を混合して焼結する点に要
旨を有する鉄系焼結部材の製造方法である。

［！］アトマイズ鉄粉を還元して得られた還元鉄粉に、
Ｎ　ｉ　：　０．１〜５重量％、　Ｃｕ　：０．１〜２
重量％の混合割合となる様に各金属粉末を加えた後、還
元性雰囲気下に７００〜９００℃の温度で焼鈍し、次い
で解粒ふるいを行なって得られた粉末。

［ＩＩ　］上記還元鉄粉に、任意組成のＮｉ−Ｃｕ合金
粉末をＮｉ：０．１〜５重量％、Ｃｕ：０．１〜２重量
％の混合割合となる様に加えた後、還元性性雰囲気却下
に７００〜９００℃の温度で焼鈍し、次いで解粒ふるい
を行なって得られた粉末。

また上記［１］の粉末を製造する際に、ＮｉおよびＣｕ
の各粉末の他、ＭＯの粉末を０，１〜１重量％の割合と
なる様に加えて［ＩＩＩ　］としたものでもちよい、そ
の場合には上記［ｌ！］の粉末を製造する際にＮｉ−Ｃ
ｕ合金粉末に０．１〜１Ｍｏ当量皿量％の混合割合とな
る様にＭｏＯ３を加えて［ｒＶ］としたものを使用する
ことが寸法変化の調整という観点から効果的である。

［作用］ Ｃｕの添加量が増大すると、Ｃｕ　−Ｇｒｏｗｔｈと呼
ばれる異常膨張現象を発生する。これはＣｕの少量添加
（但しＦｅ−Ｃｕ系では８％程度まで）では、Ｃｕの融
点以上の高温になってときにＣｕ粉末が溶融してＦｅ粉
に拡散浸透し、流出孔を残して固溶する為である。また
Ｎｉの添加量の増加は、焼結部材にわずかな収縮を発生
させる。更に黒鉛の添加量を増加させることによフて、
ｃｕによる異常膨張の発生を抑制できることも知られて
いる。従って鉄系焼結部材の焼結時における寸法変化は
、主に銅の添加による膨張およびこの膨張を抑える黒鉛
やＮｉの添加量によって決定されると言える。

ところで強度レベルを変える目的でＣ，Ｎｉ。

Ｃｕの各成分添加量を変える必要が生じた一合には、そ
の変化によって生じる寸法変化に金型が順応できないと
いう事態が生じ、高価な金型から作り直さなければなら
ないという問題がある。また焼結条件や原料条件等の何
らかの要目によって金型寸法が合わなくなった場合には
、成分割合を変えずに寸法変化を大きく制御することが
可能であるならば好都合なことである。こうした観点か
らしても、焼結時の寸法変化を適切に調整できる技術の
開発が望まれている。

本発明者らは、鉄系焼結部材を様々な粉末を用いて製造
し、寸法変化の調整および圧縮性の向上という観点から
種々の検討を加えた。その結果アトマイズ鉄粉を還元し
て得られた還元粉末にＮｉやＣｕを拡散付着させて原料
粉末を製造する際に、ＮｉやＣｕを夫々別々の粉末金属
として添加する場合と、Ｎｉ−Ｃｕ合金粉末として添加
する場合とでは、Ｎ　ｉ　’ｐ　Ｃｕが結果的にたとえ
同じ重量割合で配合される場合であっても、焼結部材と
しての寸法変化が大きく異なることを見出した。

従って上記粉末の混合割合を適宜調整すれば、寸法変化
を広い範囲に亘って適切に調整設計することができ、目
標とする焼結寸法が容易に得られるとの見通しを得た。

尚木発明者らの実験によれば、鉄系焼結部材の寸法変化
を０．０５〜０．４％という広い範囲で調整することが
で幹な（後述の実施例参照）。

こうした現象が生じる原因については、その理論的根拠
を解明し得た訳ではないが、おそらくＣｕ−Ｎｉ合金粉
末を用いた場合では、焼結時における拡散の進行が少な
くなり、これが寸法変化の減少に寄与したものと考えら
れる。

尚本発明ではＺｆｉ類の拡散型合金粉末を製造する際に
、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏの各粉末およびＮｉ−Ｃｕ合金粉末
等の過剰拡散による圧縮性低下を防ぐ為、還元後の純鉄
粉に各合金微粉末を添加し、歪取り焼鈍時に拡散焼鈍を
行なうことで圧縮性の向上を図った。

本発明の各構成要件の限定理由は下記の通りである。ま
ず拡散型合金粉末［１］において、ＮｉおよびＣｕの混
合割合を夫々０．１〜ｓｍ葺％。

０．１〜２重量％とじたのは次の理由による。即ちＮｉ
が０．１重量％未満では合金効果が少なく、５重量％を
超えると効果は飽和してくるである。またＣｕが０．１
１ｉ量％未溝では合金効果が少なく、２１ｉ量％を超え
ると靭性の低下が大きいからである。

次に拡散型合金粉末［＋１　］において、Ｎｉ−Ｃｕ合
金粉末をＮｉ：Ｑ、１〜５重量％、Ｃｕ：０．１〜２重
量％の混合割合に限定したのは、上記同様Ｎｉが０．１
重量％未満では合金効果が少ないからであり、５Ｉｉ量
％を超えると効果は飽和してくるからである。またＣｕ
についても上記同様０．１重量％未満では合金効果が少
なく、２！ｉ量％を超えると靭性の低下が大きいからで
ある。

一方還元性雰囲気における温度範囲を７００〜９００℃
に限定したのは過剰拡散による圧縮性低下を防ぐという
理由による。

尚上記［１］の拡散型合金粉末にＭＯを加えて［ｍｌの
粉末とする場合のＭｏの混合割合は０．１〜１重量％に
限定する必要がある。これは０．１１ｉ量％未溝では合
金効果が少なく、１重量％を超えると炭化物生成により
靭性が低下するからである。またこの場合には上記［！
冨］の拡散型合金粉末にＭｏｂ、を０．１〜１Ｍｏ当量
重量％を添加して［ｒＶ］の粉末とするのが有効である
。これはＭｏＯ３が０．１　！！量％未溝になると合金
効果が少なく、１Ｍｏ当量重量％を超えると炭化物生成
で靭性が低下するからである。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明方法を限定する性質のものではなく、
前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本
発明の技術的範囲に含まれるものである１例えば下記実
施例におけるＮｉ−Ｃｕ合金粉末のＮｉとＣｕの調整割
合は実操業に応じて任意に変更することができる。

［実施例コ 水アトマイズ純鉄粉を、還元性ガス（ＡＸガス；Ｈ２７
５％、Ｎ２２５％）中で９６０℃にて還元した後、解粒
ふるいを行ない還元鉄粉とした。次にＮＬ：４重量％、
Ｃｕ：１．５重量％。

Ｍｏ：０．５重量％の混合割合となる様に、銅粉。

酸化銅粉、Ｎｉ　−Ｃｕ合金粉末の各粉末を別々に用い
て上記還元鉄粉と混合し、夫々上記還元性ガス中９００
℃で拡散焼鈍した後、　０．６　Ｎｉ量％の黒鉛、　０
．７５重量％のステアリン酸亜鉛を添加し、３０ｘｌＯ
ｘｌＯ（ｍｍ）に圧粉成形し、次いで上記還元性ガス中
で１１２０℃にて焼結した。そして各焼結体の還元・焼
鈍後の［０］（酸素濃度：以下同じ）、圧縮性１寸法変
化率等を調査したところ、下記第１表に示す様な結果が
得られた。

第　　１ 表 ＊、＊＊；Ｃｕ２　ｏ、ＣｕＯはＣｕ換算で１．５重量
％第１表から明らかであるが、酸化銅粉を使用した場合
は、拡散焼鈍後の酸素が高く、且つ圧縮性が低下する傾
向が認められる。これに対し、ＮＬ−Ｃｕ合金粉末を使
用した場合は圧縮性の低下も認められず、寸法変化率も
０，０５％となり酸化銅粉を使用したときよりも少なく
することができた。

次に、上記製造条件でＮｉ、Ｃｕを車体粉末とし、Ｍｏ
成分として酸化Ｍｏ粉（ＭＯＯ３）または金属Ｍｏ粉を
添加した場合の焼結後の特性を調査した。その結果を第
２表に示す。

第　　　２　　　表 Ｍｏの場合は、酸化物の影響が少なく寸法変化率が僅か
に小さくなる程度で、特性に大きな影響は与えない。但
し、還元焼鈍後の［０］の増加は認められず、且つ圧縮
性の低下も認められないことから、寸法変化率の調整と
いう観点からすればＭｏを酸化物の形態で添加すること
も有効である。

更に、上記第１表のＮｏ、１．４の拡散型合金について
、これらの比率を変えて焼結した場合の寸法変化率につ
いて調査したところ、第１図に示す結果が得られた。

第１図から明らかであるが、寸法変化率が最も大きいＮ
００１の粉末（前記［Ｉ］の粉末）と最も小さいＮｏ、
４の粉末（前記［Ｉ］］の粉末）を適切な比率で混合す
ることによフて、０．０５〜０．４％の範囲で寸法変化
率を任意に調整し得るのが理解される。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、鉄系焼結部材の焼結時
における寸法変化を任意の範囲で自由且つ正確に調整し
得る様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮ０８４の拡散型合金粉末の混合率と寸法変化
率との関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記［ I ］および［II］の拡散型合金粉末を混
   合して焼結することを特徴とする鉄系焼結部材の製造方
   法。 ［ I ］アトマイズ鉄粉を還元して得られた還元鉄粉に
   、Ｎｉ：０．１〜５重量％、Ｃｕ：０．１〜２重量％の
   混合割合となる様に各金属粉末を加えた後、還元性雰囲
   気下に７００〜９００℃の温度で焼鈍し、次いで解粒ふ
   るいを行なって得られた粉末。 ［II］上記還元鉄粉に、任意組成のＮｉ−Ｃｕ合金粉末
   をＮｉ：０．１〜５重量％、Ｃｕ：０．１〜２重量％の
   混合割合となる様に加えた後、還元性雰囲気下に７００
   〜９００℃の温度で焼鈍し、次いで解粒ふるいを行なっ
   て得られた粉末。
2. （２）下記［III］および［IV］の拡散型合金粉末を混
   合して焼結することを特徴とする鉄系焼結部材の製造方
   法。 ［III］アトマイズ鉄粉を還元して得られた還元鉄粉に
   、Ｎｉ：０．１〜５重量％、Ｃｕ：０．１〜２重量％、
   Ｍｏ：０．１〜１重量％の混合割合となる様に各金属粉
   末を加えた後、還元性雰囲気下に７００〜９００℃の温
   度で焼鈍し、次いで解粒ふるいを行なって得られた粉末
   。 ［IV］上記還元鉄粉に、任意組成のＮｉ−Ｃｕ合金粉末
   ：Ｎｉ０．１〜５重量％、Ｃｕ０．１〜２重量％、およ
   びＭｏＯ＿３：０．１〜１Ｍｏ当量重量％の混合割合と
   なる様に各金属粉末を加えた後、還元性雰囲気下に７０
   ０〜９００℃の温度で焼鈍し、次いで解粒ふるいを行な
   って得られた粉末。