JPH02254103A - 焼結金属部品の製造方法 - 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１ 本発明は，鉄系または非鉄系の各種焼結部品の製造に利
用される技術で、圧粉体の焼結時に発生する焼結歪みを
抑制し寸法精度の向上を図る焼結方法に関するものであ
る。

Ｃ従来の技術ｊ 焼結金属で作られる機械部品は、自動車，事務機器、家
電品等をはじめ各種産業機械に拡大しており、要求され
る寸法精度はまずまず高いものになっている。

焼結部品の製造方法は、原料粉末を所定の組成になるよ
うに混合し、押型で圧縮成形したのち、その圧粉体を焼
結治具として用いられるセラミックス製焼結敷板上に、
或いはメツシュベルトや金網に直接に載置して還元性ガ
スまたは真空中で加熱焼結する工程を基本とし、必要に
応じサイジング、切削や研磨などの機械加工を施して所
定の形状と寸法精度を付与する。このとき、焼結体の寸
法歪みおよび寸法ばらつきが大きいと、焼結体をそのま
ま用いる部品では不良品になり、サイジングまたは機械
加工を施す場合においても寸法矯正が困難であるとか寸
法ばらつきは依然引き継がれて要求寸法精度に到達しな
い事態が招来することになり生産性を阻害することにな
る。

〔発明が解決しようとする課題］ 寸法精度が悪くなる要因は、焼結時のヒートパターンの
不通や炉内の温度分布が悪い等もあるが、その他に焼結
治具として用いられるセラミック製焼結敷板あるいはメ
ツシュベルトや金網上に圧粉体を直接に載置しているこ
とが挙げられる。

すなわち、成形体が焼結敷板等に接触しているところは
接触抵抗によって、焼結縮みまたは膨張が阻害されるた
め、接触していない自由端部と比べて焼結寸法変化量に
差を生ずると考えられる。

この傾向は圧粉体と敷板の接触面積が大きく、背丈の高
い製品程顕著である。例えば液相焼結を行う、超硬合金
、焼結高速鋼、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍ。

Ｐ−Ｃ系の高密度耐摩耗材は、焼結敷板との接触部寸法
と自由端とて数％の寸法ばらつきを生ずることもある。

本発明は焼結時に寸法変化を余儀な（される粉末冶金製
品の焼結時の寸法変化挙動と敷板との関係を検討した結
果、焼結後の寸法精度を大幅に改善することができる焼
結方法を開発したもので、このような方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、原料粉を所定形状に圧縮成形した圧粉体を炉
中で加熱する通常の方法において、圧粉体を直接焼結敷
板や金網上に載せずに、周囲に立上り部を設けた平皿状
の焼結敷板に金属酸化物系セラミックスボールを一段に
敷並べ、その上に圧粉体を載置して焼結することによっ
て、製品の上下端における寸法変化に差を生じないよう
にしたものである。

この場合に、セラミックスボールは平皿状の焼結敷板上
に一段に敷並べ、セラミックスボールの遊動余裕率を２
％以上１０％以下とすることが好ましい。ここで遊動余
裕率Ｘ％とは１周囲に立上り部を設けた平皿状の焼結敷
板上にボールが遊動しない状態に密に敷並べた状態から
、敷板上のボール数のＸ％を取除いた状態をいう。

また、上記セラミックスボールは材質が金属酸化物であ
って、直径が０．５　ｍ　ｍ以上５ｍｍ以下とすれば好
適である。

［作用］ 本発明においては、被焼結体である圧粉体の材料は、特
に限定されない。鉄系、銅系、その他の非鉄系材料であ
って、焼結時または焼結によって寸法変化する全てに対
し本発明を適用することができる。

この寸法変化とは、圧粉体と焼結体の寸法差で表される
伯に、加熱中の熱膨張も含まれる。

圧粉体を焼結する際に焼結敷板上に直接載せるのではな
（、周囲に立上り部を設けた平皿状の焼結敷板にあらか
じめセラミックス製ポールを一段に敷並べておき、その
上に載せて焼結すると、セラミックスボールは焼結敷板
上でコロの作用をするから、焼結敷板上に直接載せたと
きのように圧粉体が寸法変化する際の敷板との接触抵抗
が少ない分、焼結縮みまたは膨張が阻害されることがな
くなる。

セラミックスボールの材質は、圧粉体と反応しにくい酸
化物系のＡρ２０３　、ＺｒＯ２、ＭｇＯ１Ｓｉ０２、
Ａ４２２Ｍｇ０４等がよい。但し、真空中で用いる場合
にはＭｇＯ，ＳｉＯ２、Ａρ２Ｍｇ０ｑは分解蒸発する
ので不適当である。一方炭化物系のＳｉＣ等は焼結中に
鉄系材料と反応するので好ましくない。

セラミックスボールの大きさは直径０．５〜５ｍｍであ
ることが必要である。０．５　ｍ　ｍ未満ではボールの
製作上高価なものになり、また焼成敷板上に一段に並べ
る作業性が悪くなる。５ｍｍを超えると、圧粉体底面の
単位面積当りの支持点の数が少なくなり、ボールと圧粉
体の接触点荷重が増加するから特に重量の大きな圧粉体
や、底面が広くて薄い圧粉体では焼結後の製品面あらさ
が悪（なったり、かえって寸法精度が悪化するおそれが
ある。そのためにセラミックスボールの下限を直径０．
５　ｍ　ｍ、上限を５ｍｍとした。

また、セラミックスボールは通常の気孔率が５％以下で
表面が研磨されたボールが用いられる。

気孔率が３０％程度の軽量なセラミ・ンクス材才４もあ
るが、あまり気孔率が大きいと表面粗さが悪いとともに
欠損し易いため、転がり抵抗が大きく十分に役目を発揮
しなかったり、液相焼結においては気孔に液相がしみ込
みボールノを命を低下さゼる等の恐れがあるので好まし
くない。

次にセラミックスボールな敷並べる焼結敷板は、四方に
立上り部を設けた平皿状のものを使用する。材質は焼結
温度１１５０°Ｃ程度までであればステンレス鋼材でも
よいが、耐久性やそりを考慮すればやはりセラミ・ンク
ス系が望ましい。

ビラミックスボールは焼結敷板上でコロの作用なするも
のであるから、その焼結敷板上の並べ方は、同一径のボ
ールを一段に並べなくてはならない。また焼結敷板上に
並べられたセラミックスボールの遊動余裕率％は２％以
上１０％以下番こする必要がある。

遊動余裕率を１０％より多くするとボールの遊動範囲が
広ずぎ、圧粉体をポール上に載せたとき、隣接する圧粉
体同志が接触したり、圧粉体をボール上にセットする時
の作業性を悪（する。そのために上限値を１０％とした
。また遊動余裕率を２％より少なくするとコロ作用によ
る遊動代が小さくなり、圧粉体の寸法変化によるボール
の転がりが制約され、ボール上に載置する意味がな（な
ってしまう。そのため下限を２％とした。

［実施例］ 実施例Ｉ Ｎｉ　：４重量％ Ｃｕ：１．５重量％ Ｍｏ：０．５重量％ 残部鉄からなる部分拡散合金粉（−１００メツシユ）に
粒径２〜３μｍの黒鉛粉を０．６重量％およびステアリ
ン酸亜鉛０．８重量％添加し、■型混合磯により３０分
間混合した。

得られた混合粉を金型圧縮成形し、φ３０ｍｍＸ　３０
　ｍ　ｍ、密度’ＡＯｇ／ｃｒｎ’の柱体圧粉体サンプ
ルを得た。この圧粉体の底面面積は７．１．　ｃ　ｍ２
、重量は１４８ｇである。

焼結はブツシャ−式焼結炉を用いたが、第１図に示すよ
うな周囲を囲まれた気孔率２０％のアルミナ焼結敷板１
上に、気孔率１％、直径１．ｍｍのアルミナポール２を
遊動余裕率５％としてあらかじめ一段に敷詰めた。

次にゴー記柱体圧粉体ザンブルを、この敷詰めたアルミ
ナボールの上に置いて、露点−３０℃の分解アンモニア
ガス中、１１３０℃で３０分焼結した。焼結後、サンプ
ルの上端部、中央部、下端部のＸ、Ｙ方向の外径寸法を
測定し、第１表に示すような結果を得た。

なお、比較材として上記と同し圧粉体をセラミックスボ
ールを敷かずにアルミナ焼結敷板ｌ上に直接載置して同
時に焼結したものについても同様に外径寸法を測定した
。

第１表に示すように焼結前の圧粉体の寸法ばらつきが４
μｍであ−）たものが、焼結後、従来法の焼結敷板に直
接載せた焼結体では、ばらつきは３５％ｍであったが、
本発明法によれば８　ｔｔ　ｍと寸法精度の大きな改善
が見られた。

実施例２ Ｃｒ：４重量％ Ｍｏ　：　５重量％ Ｗ・６重量％ ■・２重量％ Ｃ：１重量％ 残部Ｆｅかうなる高速度鋼５ＫＨ−５１クラス（Ａ　Ｉ
　Ｓ　Ｉ規格Ｍ２）の合金粉（−１００メツシユ）に成
形潤滑剤としてアマイド系アクラワックス１．０重量％
を添加し、■型混合機により３０分間混合した。

得られた混合粉を用い、金型によりφ３０ｍｍＸ３０ｍ
ｍ、密度６．３　ｇ　／　ｃ　ｍ’になるように、圧粉
体を作製した。焼結を行う前に減圧Ｎ２ガス中、５００
℃６０分間脱ワツクスを行い、続いて１２３５℃、真空
中（３Ｘ　ｌ　Ｏ’Ｔｏｒｒ）で１．２０分間の焼結を
行い、炉冷した。焼結時に用いた焼結治具として、周囲
を囲まれたアルミナ敷板に気孔率５％、直径０．５　ｍ
　ｍの高純度アルミナボールを遊動余裕率１０％で敷並
べたものを使用した。

得られた焼結体は、実施例１と同様に上端部、中央部、
下端部のＸ、Ｙ方向の外径寸法を測定し第２表に示した
。また同圧粉体をアルミナボールを用いず、直接アルミ
ナ敷板上に並べ、焼結を行ったものも準備し、比較材と
した。

実施例２は液相焼結により寸法収縮が約８％と大きく、
寸法精度の面でも条件の悪い材料の例である。この場合
においても実施例１と同様に従来の焼結敷板の上に直接
載置して焼結したものに比べ、寸法ばらつきが約半分に
おさえられ、有効であることが確認できた。

［発明の効果〕 本発明によれば、圧粉体を焼結敷板上に載せて焼結する
場合の焼結敷板との接触部の寸法精度の悪化を防止する
ことができ、焼結金属部品を容易に得ることができるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミックス製焼結敷板の上にセラミックスボ
ールを一段に敷詰めた状態の断面図を示す。 １・・・焼結敷板 ２・・・セラミックスボール（アルミナボール）出　願
　人　　日立粉末冶金株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　原料粉を所定形状に圧縮成形した圧粉体を炉中で加
   熱焼結する方法において、平皿状の焼結敷板上にセラミ
   ックスボールを敷並べておき、前記セラミックスボール
   上に圧粉体を載置し焼結することを特徴とする焼結金属
   部品の製造方法。 ２　セラミックスボールは平皿状の焼結敷板上に一段に
   敷並べ、セラミックスボールの遊動余裕率を２％以上１
   ０％以下としたことを特徴とする請求項１記載の焼結金
   属部品の製造方法。 ３　セラミックスボールの直径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ
   以下であることを特徴とする請求項１また２記載の焼結
   金属部品の製造方法。 ４　セラミックスボールが金属酸化物からなることを特
   徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の焼結金属部
   品の製造方法。