JPH0225502A - 浸炭性に優れた高強度焼結部品用合金鋼粉 - 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、高強度焼結部品用の合金鋼粉に関し、特に
焼結体の浸炭性に優れ、ひいては強度及びじん性にも優
れることから強じんな焼結部品を得ることのできる合金
鋼粉を提案しようとするものである。

（従来の技術） 粉末冶金技術の進歩に伴って、焼結鋼の強度及びじん性
を向上させるために、Ｍｎ　−Ｃｒ　−Ｍｏ系、Ｎｉ　
−Ｃｕ　−Ｍｏ系及びＮｉ　−Ｍｏ系などの合金銅粉、
さらには複合鋼粉が開発され、同時に高密度化について
も検討さている。なお、前者の合金銅粉は、後者の複合
鋼粉と区別するためにしばしば千金金粉と呼ばれる。

これらの鋼粉に関し、特開昭５７−１６４９０１号公報
、特公昭５２−３０９２４号公報及び特開昭６１−２３
１１０２号公報などに開示がある。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭５７−１６４９０１号公報においては、Ｍｎ＋　
Ｃｒ等を含有させた圧縮性、成形性及び焼入れ性に優れ
た低合金鋼粉を提案しているが、ＭｎやＣｒなどは酸化
されやすい成分であるため、焼結や浸炭を炭化水素変成
ガス（ＲＸガス）等の酸化性雰囲気で行うと、酸化され
て焼結体の特性を低下させる問題点があった。

また特公昭５２−３０９２４号公報にて示されたＮｉ　
−ＣｕＭｏ系合金鋼粉では、合金成分含有量が低いため
に得られる焼結体の強度、じん性は必ずしも充分ではな
く、また、Ｃｕを主体にした組成であるために高い圧縮
性が得られにくいという問題点を有していた。

さらに特開昭６１−２３１１０２号公報にて示されるＮ
ｉＭｏ系複合鋼粉では、合金成分の完全な拡散均一化が
困難なために均一な焼結組織が得られず、焼結体特性が
不充分であるという問題点を有していた。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、成形
時に優れた圧縮性を示し、焼結後は均一な焼結組織が得
られ、かつ浸炭後の強度、じん性に優れる高強度焼結部
品用合金鋼粉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） まず、この発明に至った経緯について説明する。

高強度焼結部品は、所期した特性を得るためには高密度
であることが望まれ、また表面硬化熱処理としての浸炭
焼入れを施して使用されることが多いことから浸炭性に
ついても優れていることが望まれるが、この点従来の鋼
粉においては、高密度の焼結材を得るための圧縮性、及
び浸炭性をも兼ね備えた合金設計とはなっていなかった
のである。

発明者らは、高強度焼結部品用の合金鋼粉の開発にあた
って、鋼粉に課すべき基本的事項として次の５つの事項
、すなわち （１）焼結、浸炭時に酸化されやすい合金成分を含有し
ないこと、 （２）成形時の圧縮性に優れること、 （３）浸炭性に優れること、 （４）浸炭熱処理後の強度、じん性に優れること、（５
）均一な組織が得られること、 を念頭において鋭意研究を重ねた結果、強度やじん性を
高めるためにはＮｉ　、　Ｃｕの含有が特に有効である
が、Ｎｉ　、　Ｃｕは浸炭抑制成分であるので多量に含
有させると浸炭性が劣化すること、−カミ〇は、浸炭を
促進させる作用を有し、かっＮｉやＣｕに比べて圧縮性
に及ぼす影響も少ないことを究明し、Ｎｉ　、　Ｃｕ　
ｉｉとＭｏ量とを適正範囲にて含有させることにより問
題点を有利に解決し得ることの知見を得て、この発明を
完成させるに至ったのである。

すなわちこの発明は、 Ｃ：　０．０２　ｗｔχ　（以下単に％で示す）以下、
Ｓｉ：　０．１　　％以下、 Ｍｎ：　０．３　　％以下、 Ｍｏ：　０．８％を超え２．０％％以 下　：　０．０１％以下 を含み、かつ ％Ｉｉ：　１，０〜２．２％及び Ｃｕ：　０．２〜０．７％を、 Ｎｉ　　＋　　Ｃｕ　　：　　１．５〜２．４　％の範
囲において含有し、残部は実質的にＦｅの組成になる浸
炭性に優れた高強度焼結部品用合金鋼粉である。

（作　用） この発明において成分組成を上記の範囲に限定した理由
について述べる。

Ｃ：　０．０２％以下 Ｃは、鋼粉の圧縮性に悪影響を与えるので含有量を可能
な限り低く抑えることが望ましく、許容できる範囲は０
．０２％以下である。

Ｓｉ：　０．１％以下 Ｓｉは、鋼粉の圧縮性に悪影響を与えるとともに、安価
な炭化水素変成ガス（ＲＸガス）等で焼結や浸炭を行う
際に選択酸化されやすいために焼結体強度に悪影響を及
ぼすので、悪影響を及ぼさない範囲の０．１％以下に限
定した。

Ｍｎ：　０．３％以下 Ｍｎは、−ａには焼入れ性向上成分として知られている
。しかし粉末冶金の分野では、Ｍｎは安価な炭化水素変
成ガス（ＲＸガス）等で焼結や浸炭を行う際に選択酸化
されやすく、焼結体強度に悪影響を及ぼす成分であるた
め、悪影響を及ぼさない範囲である０、３％以下に限定
した。

Ｍｏ：　０．８％を超え２．０％以下 Ｍｏは、Ｆｅ基地に固溶して焼結体を強化する。その際
鋼粉の圧縮性を低下させる割合がＮｉやＣｕに比べて少
ない。またＭｏは、浸炭性を向上させ、硬質炭化物を形
成して焼結体の強度及び硬度を向上させ、さらには焼入
れ性を向上させる有用な成分である。特にこの発明のよ
うにＮｉ　＋　Ｃｕ量が比較的多い場合には、Ｎｉ　、
　Ｃｕの浸炭抑制効果が大きくなるので、所期した有効
浸炭深さを得るために、また強じん性を有するためには
Ｍｏは０．８％を超える量を必要とする。一方Ｍｏの含
有量が２．０％を超えると、Ｎｉと共に浸炭後の焼結体
に残留オーステナイトを多量に発生させ、所期の強度が
得られず、かつ経時変化による寸法精度の劣化の゛原因
となり、さらには原料コストの面からも好ましくないの
でＭｏは０．８％を超え２．０％以下の範囲に限定した
。

Ｎ　：　０．０１％以下 Ｎは、Ｃと同様に鋼粉の圧縮性に悪影響を与えるので含
有量を可能な限り低く抑えることが望ましく、許容でき
る範囲は０．０１％以下である。

Ｎｉ：１．０〜２．２％、Ｃｕ：０．２〜０．７％でか
つＮｉ＋Ｃｕ：１．５　〜２．４　　％ Ｎｉ及びＣｕは、いずももじん性を高める成分であり、
炭化水素変成ガス（ＲＸガス）雰囲気での焼結や熱処理
でも酸化せず、Ｆｅ基地に固溶して焼結体を強化するの
に有効に寄与する。しかもＮｉとＣｕとが共存すること
でこれらの効果がより一層助長される。しかしＮｉとＣ
ｕとの合計量で１，５％に満たないとその効果に乏しい
。また合計量で２．４％を超えると鋼粉粒子が硬化する
ので圧縮性が劣化し、またＮｉ及びＣｕは炭化物非形成
成分であるため浸炭性を劣化させることから上限を２．
４％とした。同一のＮｉ　ｆ　Ｃｕ量においては、Ｎｉ
よりもＣｕのほうが安価であるから、できる限りＣｕを
含有させてＮｉｌを低減させるほうが有利である。ただ
しＣｕ量が０．２％に満たないと含有させる効果が橿め
て小さく、一方０．７％を超えて含有させてもそれ以上
Ｎｉを置きかえる効果は薄くるから、Ｃｕは０．２〜０
．７％の範囲に限定した。またＮｉは、Ｃｕよりも高価
ではあるが、焼結体のしん性、強度を向上させるのに有
用な成分であり、じん性を考慮してＮｉ量の下限を１．
０％とし、一方２．２％を超えると鋼粉の圧縮性が低下
するとともに熱処理材において残留オーステナイト量が
増加し、機械的特性が低下するために上限を２．２％と
した。

このように上述した成分組成範囲を満足させることによ
って、前掲した５つの条件すべてを満足する優れた合金
鋼粉が得られるのである。

すなわちこの発明では、合金成分の種類と含有量が制限
さているために成形時の圧縮性に優れることはいうまで
もなく、また酸化されやすい成分はその影響が出ない範
囲内に含有量を厳しく制限しているために、焼結、熱処
理時に特殊な雰囲気を必要としない。さらに、後述の実
施例からも明らかなように、この発明に従う鋼粉は、Ｍ
ｏを多く含有するため、Ｎｉ＋　Ｃｕ　ｑが多いにもか
かわらず深い有効浸炭深さが得られ、従来の合金鋼粉を
用いた場合に比較して機械的性質が格段に向上するので
ある。

（実施例） 表１に供試鋼粉の化学組成を示す。同表において鋼粉Ｎ
α１〜１７は実施例、また鋼粉Ｎα１Ｂ−３８は比較例
である。これらの銅粉はいずれも溶鋼を、タンデイツシ
ュのノズルから流出させながら、１５０ｋｇ　ｆ　／　
ｅｌｌ　”の高圧水で噴霧し、次いで脱水、乾燥させた
のち、９５０℃、３０分の仕上げ還元を施して得たもの
である。

／ ／ ／ 表２には、上記の各銅粉について、圧粉体の圧粉密度、
焼結体の焼結密度及び浸炭処理後の特性を示す。圧粉体
は、各鋼粉にステアリン酸亜鉛を０．８％添加し、成形
圧カフｔ／ｃｍ”で成形したものである。また焼結体は
、各鋼粉に黒鉛を０．２％、ステアリン酸亜鉛を０．８
％加え、成形圧カフｔ／ｃｍ”で成形し、次いで分解ア
ンモニアガス中で６００°Ｃ１３０分間加熱してステア
リン酸亜鉛を揮散させた後、同一ガス中で１２５０°Ｃ
１６０分間焼結を行って作製した。浸炭処理は、上記焼
結体をカーボンポテンシャル０．９０％のガス浸炭炉に
て９５０°Ｃ１６０分の浸炭を行った後、６０゛Ｃの油
中に焼入れを行い、その後１８０°Ｃの油中で６０分焼
石どしを施して空冷したものである。

表２から明らかなように、この発明に従う鋼粉Ｎα１〜
１７は、合金成分組成範囲が適切であるため、７．１０
ｇ／ｃｍ’以上の焼結密度と、その浸炭材についテハ１
．２　ｍ以上ノ有効浸炭深さ、１２０　ｋｇｆ／ｍｍ”
以上の引張り強さ及び２．３ｋｇｆ−ｍ以上のしん性が
得られた。

これに対して比較例の鋼粉Ｎ１１１８．２３．２７及び
３１では、ＭｏｌがｏＪ％以下であるため、また鋼粉Ｎ
α３５はＭｎを０．３％を超えて含有するため、鋼粉Ｎ
α３６はＳｉを０．１％を超えて含有するため、いずれ
も２．３ｋｇｆ　　・ｍに満たないしん性しか得られな
かった。

鋼粉Ｎα３７は、Ｃを０．０２％を超えて含有するため
に、鋼粉Ｎｏ、３８はＮを０．０１％を超えて含有する
ために、いずれも７−１０ｇ／ｃｍＦ未満の焼結密度し
か得られず最終的に浸炭材のしん性は２．３ｋｇｆ−ｍ
未満で引張り強さは１２０　ｋｇｆ／ｌａｎ”未満の値
しか得られなかった。鋼粉Ｎｏ、１９．２４．２８及び
３２では、Ｍｏを２．０％を超えて含有するために浸炭
材の残留オーステナイト量が増加し、高い衝撃値が得ら
れるが、引張り強さは１２０　ｋｇｆ／ｍｍ２未満の値
しか得られなかった。鋼粉Ｎα２０．２２．３３及び３
４は、Ｎｉ　＋　Ｃｕ量が２．４％を超えるために鋼粉
が固溶硬化により硬（なって特に圧縮性が低下し、７．
ＩＯｇ／ｃｍ３以上の焼結密度が得られなかった。鋼粉
Ｎα２５．２６及び２９は、逆にＮｉ　＋　ＣＬＦｌが
１．５％未満であるため、１２０　ｋｇｆ／１２以上の
強度が得られなかった。鋼粉Ｎα２１は、Ｃｕが０．２
％未満であるので１２０　ｋｇｆｌｏｎ”以上の強度が
得られなかった。鋼粉Ｎα３０はＣｕが０．７％を超え
るために圧縮性が低下し、７．１０ｇ／ａｍ’以上の焼
結密度が得られなかった。

以上水したように、この発明の範囲外の比較例では優れ
た効果が得られなかった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、高強度焼結部品用の鋼粉と
して要求される５つの条件を全て兼ね備えた合金銅粉を
得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０２ｗｔ％以下、 Ｓｉ：０．１ｗｔ％以下、 Ｍｎ：０．３ｗｔ％以下、 Ｍｏ：０．８ｗｔ％を超え２．０ｗｔ％以下Ｎ：０．０
   １ｗｔ％以下 を含み、かつ Ｎｉ：１．０〜２．２ｗｔ％及び Ｃｕ：０．２〜０．７ｗｔ％を、 Ｎｉ＋Ｃｕ：１．５〜２．４ｗｔ％ の範囲において含有し、残部は実質的にＦｅの組成にな
   る浸炭性に優れた高強度焼結部品用合金鋼粉。