JPH04173901A

JPH04173901A - 粉末冶金用鉄粉

Info

Publication number: JPH04173901A
Application number: JP2299848A
Authority: JP
Inventors: Akio Sonobe; 秋夫園部; Shigeyuki Saito; 斎藤　滋之
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1992-06-22
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JP2608178B2

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〕本発明は粉末冶金用鉄粉に関し、特に、高圧縮性と高圧
粉体強度と低圧粉体抜出力とを兼ねそな・　えた水アト
マイズ鉄粉に関するものである。

［従来の技術］鉄系焼結部品の適用範囲は年々法がってきており、しか
ものその対象はより高強度でかつ歯車等の複雑形状部品
へと向かっている。

鉄系焼結部品の機械的強度は圧粉体の密度に依存すると
ころが太き（、一定の成形圧力で成形した場合に、より
密度の高い鉄粉（高圧縮性鉄粉）が必要とされる。

一般に市販されている高圧縮性鉄粉としては水アトマイ
ズ鉄粉が挙げられる。例えば市販の鉄粉Ａは、ステアリ
ン酸亜鉛を１重量％添加し、５　ｔ　／　ｃ　ｒｒ？の
圧力で成形した場合に６．９０ｇ／ｃｒｒ？の圧粉体密
度が得られる（ＪＳＰＭＦＩ準１−６４金属粉の圧縮性
試験法による）、また、同じ（市販の鉄粉Ｂも同じ成形
条件で６．８５ｇ／ｃｒｎ’が得られる。また、市販さ
れている最も高圧縮性鉄粉Ｃは同じ条件で７．０３ｇ／
ｃｒｎ’という高い圧粉密度が得られる。さらに特公昭
５４−１０９３５号公報には６ｔｏｎ／ｃｎｉ″の圧力
で成形した際に７．３ｇ／ｃｒｒ？以上の圧粉体密度が
得られる鉄粉が紹介されている。

鉄粉の高圧縮性化のための手段としては、前記公報にも
あるように、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ。

Ｏ９その他の不純物を減少させることが知られている。

また、鉄粉の粒子形状を球状化することも有効な手段と
して知られている。粒子の球状化の程度をはかる手段と
してはＪＩＳ　　Ｚ　　２５０４金属粉の見掛密度試験
方法があるが、第１図に示すように、粒子形状が丸くな
るほど見掛密度が大きくなり同一成形圧力で成形した際
により高い圧粉密度が得られる。

しかし、一般に粒子の形状が丸くなると、加圧成形時に
粒子同士のからまり合いが小さくなり圧粉体の強度が低
くなる。圧粉体の強度を表す指標としては、ＡＳＴＭ　
　Ｂ５１２−６４による圧粉体抗折力、またはＪＳＰＭ
標準４−６９金属圧粉体のラトラー試験法によるラトラ
ー値が用いられるが、第２図、第３図に示すように見掛
密度が大きい鉄粉はどラトラー値が大きく圧粉体抗折力
は小さな値を示す。

粉末冶金においては、圧粉体を成形プレスから次工程で
ある焼結を施す焼結炉まで何らかの手段で搬送する必要
があり、圧粉体の強度が小さいと圧粉体にクラックが入
ったり、割れたり、あるいは一部が欠けたりする問題が
起こる。この問題は、複雑形状、特に薄肉部品を製造す
る場合において特に顕著となる。

すなわち、鉄粉粒子の形状を極度に球状化して圧縮性を
向上させる場合には、鉄粉粒子同士のからまり合いが小
さ（なり、圧粉体強度が低下し、工業的に高密度複雑形
状部品を製造するには適さないという問題がある。前記
公報の実施例には圧粉体強度の記述はないが、実施例に
よれば見掛密度が３．１ｇ／ｃｒｒＩ′であり、市販の
水アトマイズ鉄粉のレベル（２，８〜３．０　ｇ　／　
ｃ　ｒｎ’　）よりかなり高く、圧粉体強度がかなり低
いものと推測される。

一方で、高密度部品を製造するために成形圧力を高くし
た場合、または複雑形状部品で成形金型と圧粉体の接触
面積が多い場合には、鉄粉を金型内で成形した後、圧粉
体を金型から取出す際に必要な抜出力が大きくなる。金
型から圧粉体を取出す時に必要な抜出力の測定法として
は日本粉末冶金工業会標準化指針圧粉体抜出力がある。

この抜出力が大きいと、複雑形状部品を製造する際に、
金型から圧粉体を抜き出す時に圧粉体に大きなせん断応
力が働き、クラックが入ったり時には割れたりし、大き
な問題となる。

一般に第４図に示すように、鉄粉の粒子形状が球状に近
いほどすなわち見掛密度が大きいほど抜出力が低い傾向
がある。

すなわち、圧縮性を向上させ、抜出力を小さくするため
には見掛密度を大きくすることが有効であるが、見掛密
度を大きくすると圧粉体強度が低下する。

第１表に前記鉄粉Ａ、Ｂ、Ｃの見掛密度流動産、１重量
％ステアリン酸亜鉛を加えて５ｔ／ｃｒｔｉ″で成形し
た場合の圧粉密度、ラトラー値を示す。

Ｃ鉄粉はＡ鉄粉に比べ、圧粉密度が７．０３ｇ／ｃｒｒ
１′と０．１０ｇ／ｃｒｒＩ′以上も大きく圧縮性に優
れているが見掛密度が大きく粒子形状が球に近いためラ
トラー値がＡ鉄粉より大きく圧粉体強度が低い。

第２表に上記３種の鉄粉にステアリン酸亜鉛を１重量％
加え混合した粉末を用い、５ｔ／ｃｒｒ１″で成形した
場合の圧粉体の金型からの抜出力と圧粉体抗折力を示す
。

Ｃ鉄粉は粒子が球状に近いのでＡ鉄粉に比し抜　　　（
出力が小さいが、粒子同士のからまり合いが小さ　　　
（いので圧粉体抗折力が非常に小さい。　　　　　　　
　７このように高圧縮性と低抜出力と高圧粉体強　　Ｅ
度の３つの特性を同時に満足することは不可能で　　　
０あった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　４［発明が解決しようとする課題］　　　　　　　
　　　シ本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、高
圧縮性と低圧粉体抜出力と高圧粉体強度とを同時に満足
する粉末冶金用鉄粉を提供しようとするも　　　積ので
ある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　イ〔
課題を解決するための手段〕　　　　　　　　　　　δ
本発明は上記課題を解決するために、水アトマ　　　シ
イズ鉄粉であって、　　　　　　　　　　　　　　　　
し炭素：　Ｏ，ＯＯ３重量％以下窒素：０．００２０重量％以下　　　　　　　　　ｐ鉄
及び不可避的不純物：残部　　　　　　　　　１からな
り、６０〜１００メツシュが１５〜３０重　　−量％で
一３２５メツシュが５〜２０重量％の粒度　　　１構成
を有し、見掛密度が２．９０〜３．１５ｇ／　　　’〕
ゴ、ステアリン酸亜鉛を１重量％加えて５ｔ／：ｍ’の
成形圧力で成形した場合、圧粉体密度が’、ＯＯｇ／ｃ
ｍ″以上、ラトラー値が０．８％以下、圧粉体抗折力が
８０ｋｇｆ／ｃｍ以上、かつ圧扮忙抜出し力が２１０ｋ
ｇｆ／ｃｒｒｉ″以下であることヒ特徴とする粉末冶金
用鉄粉を提供するものであ５゜〔作用１本発明は、水アトマイズ鉄粉の圧縮性を向上さ士るため
に鉄粉の不純物含有量を制限し、圧縮性！高く、抜出力
を低（、ラトラー値を低くするたりに粗粒の含有割合を
増加させ、圧縮性と抜出力に阻害しない範囲で、かっ圧
粉体強度を阻害しな１１範囲の見掛密度を選定したもの
である。

鉄粉の不純物と圧縮性の関係については、Ｊｎ、Ｃｕ、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓ等の固溶型不純勿が低いほど、圧縮
性は良好であることは知られＣいる。本発明では、特に
侵入型元素であるＣ１Ｎに着目した。市販のＡ鉄粉につ
いて、Ｃ及びＮヒ圧縮性との関係を調査した結果を第５
図、第６図に示した。これらの成分はごく微量で圧縮性
に大きな影響が現われるのでできるだけ低い方が好まし
く、本発明では、それぞれＯ，ＯＯ３重量％以下、Ｏ，
ＯＯ２０重量％以下に限定した。

粒度構成については、第７図に示すように、鉄粉の粒度
別の圧縮性、ラトラー値、抜出力には次の関係が明らか
である。

圧縮性は粗い鉄粉はど大きく、ラトラー値は１５０〜２
００メツシュの粒度域が最も低く、それよりも粗い側、
細かい側では太き（なるが粗い側の太き（なる傾向は小
さい。

また、抜出力は１５０〜３２５メツシュの粒度域が大き
くそれより細かい側、粗い側では小さ（なる。すなわち
圧縮性と抜出力だけを考えれば粗い粒度の鉄粉が望まし
いが、一方でラトラー値すなわち圧粉体強度を考えると
極端に粗い粒度域の鉄粉は望ましくないことが分かる。

第８図は後述の実施例１の鉄粉を用いて第３表に示すよ
うに一３２５メツシュの粒度域を約１０重量％に固定し
て粗粒側の＋１００メッシェ合計鉄粉の粒度域を約１０
〜３５重量％に調整した場合の圧粉密度、ラトラー値、
抜出力を示す。

この結果から６０〜１００メツシュの鉄粉の比率が３０
重量％を越えると急激にラトラー値が大きくなるので６
０〜１００メツシュの比率の上限を３０重量％とした。

一方、圧縮性と抜出力は６０〜１００メツシュが１５重
量％未溝で急激にそれぞれ小さく、大きくなるので、６
０〜１００メツシュの下限を１５重量％とした。

一方、゛同じ（実施例１の鉄粉を用いて粗粒側（＋　１
００メツシュ）の粒度域を約２０重量％に固定し、微粒
側（−３２５メツシュ）の含有量を第４表に示すように
約０〜３０重量％に調整した場合の圧粉密度、ラトラー
値、抜出力を第９図に示す。

−３２５メツシュが２０重量％を越えると、極端に圧粉
密度とラトラー値がそれぞれ小さく、大きくなり、また
５重量％より少なくなると抜出力が大きくなるので、−
３２５メツシュの粒度比率を５〜２０重量％とした。

見掛密度は実施例１の鉄粉を製造する際の還元処理後の
ケーキ状となったものの解砕条件を変えて種々の見掛密
度の鉄粉を得たが、第１０図に示すように２．９０ｇ／
ｃｍ’未満では圧粉密度が小さく抜出力が大きくなり、
３．１５ｇ／Ｃ１１’？を越えるとラトラー値が極端に
大きくなるので、見掛密度を２．９０〜３．１５　ｇ／
　ｃｒｎ’とした。

〔実施例〕

実施例１電気炉にて、Ｃ；０．１５．Ｓｉ　；０．０１．Ｍｎ；
０．０１．Ｐ　；０．００３．Ｓ　；０．００８．Ｃｒ
　；０．０２．Ｎｉ　；０．０２．Ｃｕ；０．０１　　
（重量％）の？＠鋼を溶製した。

この溶鋼を水圧１００〜１２０ｋｇｆ／ｃｒｎ”。

水量１〜２ｒｒｙ’／ｍｉｎの噴霧条件により水アトマ
イズした。得られた粉末に脱水・乾燥を施し６０メツシ
ュの篩網で篩分け、磁選機で非金属介在物を除去後、純
水素ガス気流中でｉ　ｏｏｏ℃で１時間還元処理した。

還元後の鉄粉はケーキ状になっているのでハンマーミル
で解砕し６０メツシュで篩分けた。

さらにこの鉄粉を、より脱炭素、脱酸素、脱窒素処理を
行うことと解砕時の歪みを除去する目的で、さらに８０
０℃で３０分間純水素ガス気流中で焼鈍を行ない、その
後、再びハンマーミルで歪をできるだけ与えない様に弱
解砕し６０メツシュで篩分け、粒度調整を行なった。

この様な工程を経て得られた鉄粉の化学成分、見掛密度
、流動度、粒度分布、ステアリン酸亜鉛を１重量％加え
、５　ｔ　／　ｃ　ｒｎ’の圧力で成形した場合の圧粉
密度、ラトラー値を、市販の水アトマイズ、鉄粉Ａ、Ｂ
、Ｃと比較して第５表に示す。

また、これらの粉末にステアリン酸亜鉛１重量％を加え
５　ｔ　／　ｃ　ｒｒｉ″で成形した場合の圧粉体抗折
力と圧粉体抜出力と圧粉体抜出力を第１１図に示す。

第５表及び第１１図から本発明の鉄粉は、市販の鉄粉の
最高レベルである５　ｔ　／　ｃ　ｒｎ”成形で７．０
５ｇ／ｃｒｎ’という優れた圧縮性を示し、ラトラー値
と圧粉体抗折力は市販の鉄粉のレベルであり、抜出力は
市販の鉄粉より小さいことがわかり、高圧縮性と、高圧
粉体強度と低抜出力とを兼ね備えた鉄粉であることがわ
かる。

実施例２，３実施例１と同じ工程を経て得られた粉末の特性を実施例
２．３として第６表と第７表に実施例１と合せて示す。

本発明の鉄粉は、圧粉密度、抗折力及び抜出力とも市販
品に比べて優れた値を示す。

実施例では１回目の還元処理を１０００”Ｃで１時間行
なっているが、これは９００℃から１１００℃の範囲で
あれば、２時間から３０分で行なうことも可能である。

すなわち、溶鋼を水でアトマイズした際の銅粉中の歪の
除去、微細な結晶粒の粗大化、水アトマイズ時の微細な
粒子同士の焼結の促進による擬似粒子形成が１０００℃
で１時間行なうものに相当すればよい。

また２回目の焼鈍処理も８００℃で３０分行なっている
が、これは６００〜９００℃で２時間から１５分で行な
うことも可能である。

また還元と焼鈍処理を行なう雰囲気は純水素ガスに限定
されるものでなく、アンモニア分解ガスで行なうことも
可能である。

ちなみに本発明の実施例１，２．３の鉄粉と市販鉄粉Ａ
、Ｂ、Ｃに電解銅粉２重量％、天然黒鉛粉０．７重量％
、ステアリン酸亜鉛０．７５重量％を加え圧粉体密度が
７．ＯＯｇ／ｃｒｎ”になるように成形した場合の、圧
粉体抗折力、抜出力を調査した結果を第８表に示す。

第８表で明らかなように、本発明による鉄粉１．２．３
は市販鉄粉に比べ、高圧粉体抗折力（高圧粉体強度）、
低抜出力を兼ね備えた優れた鉄粉である。

〔発明の効果１本発明の水アトマイズ鉄粉は、従来の鉄粉では得られな
かった高圧縮性と低抜出力と高圧粉体強度の３つの特性
を同時に兼ね合わせ持った鉄粉であり、しかも、圧縮性
と抜出力は市販鉄粉のそれの最高レベルにありなから圧
粉体強度も市販鉄粉の高レベルであるため、従来の鉄粉
ではプレス成形困難であった高密度焼結部品の工業的生
産を特徴とする特に高密度複雑形状部品、薄肉形状部品
など、従来の鉄粉ではプレス成形後、金型抜き出す際に
クラック・ひび割れの入り易かった部品、あるいは焼結
炉までの搬送中にクラック・ひび割れの入れ易かった部
品の工業的安定生産に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】第１図は鉄粉の見掛密度と圧粉密度との関係を示すグラ
フ、第２図は鉄粉の見掛密度とラトラー値との関係を示
すグラフ、第３図は鉄粉の見掛密度と圧粉体抗折力との
関係を示すグラフ、第４図は鉄粉の見掛密度と圧粉体抜
出力との関係を示すグラフ、第５図は鉄粉の炭素含有量
と圧粉密度との関係を示すグラフ、第６図は鉄粉の窒素
含有量と圧粉密度との関係を示すグラフ、第７図は鉄粉
の粒度と圧粉体特性との関係を示すグラフ、第８区は粗
粉側鉄粉の比率と圧粉体特性との関係を示すグラフ、第
９図は微粉側鉄粉の比率と圧粉体特性との関係を示すグ
ラフ、第１Ｏ図は見掛密度と圧粉体特性との関係を示す
グラフ、第１１図は実施例１の鉄粉と市販鉄粉との圧粉
体抗折力と抜出力との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１　水アトマイズ鉄粉であって、炭素：０．００３重量％以下窒素：０．００２０重量％以下鉄及び不可避的不純物：残部からなり、６０〜１００メッシュが１５〜３０重量％で
−３２５メッシュが５〜２０重量％の粒度構成を有し、
見掛密度が２．９０〜３．１５ｇ／ｃｍ＾３、ステアリ
ン酸亜鉛を１重量％加えて５ｔ／ｃｍ＾２の成形圧力で
成形した場合、圧粉体密度が７．００ｇ／ｃｍ＾３以上
、ラトラー値が０．８％以下、圧粉体抗折力が８０ｋｇ
ｆ／ｃｍ＾２以上、かつ圧粉体抜出し力が２１０ｋｇｆ
／ｃｍ＾２以下であることを特徴とする粉末冶金用鉄粉
。