JPH04346604A

JPH04346604A - 鉄基複合焼結物品の製造方法

Info

Publication number: JPH04346604A
Application number: JP11831491A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Gondai; 権代　晃一
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1992-12-02

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉末冶金の分野において
、金属粉末をバインダと混練したものを射出成形する技
術に関し、特に複雑形状の複合金属焼結物品を製造する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、粉末冶金の手法は、複雑な製品形
状の製品に対して、直接最終製品に近い形状の製品を比
較的容易に得られること、あるいは通常の溶製材では偏
析等の問題で均一な材料が得られない合金組成に対して
、焼結することにより、均一な組織が得られる等の理由
から、各種精密部品に適用されつつある。また、製品に
よっては、材料を複合材料することが要求される。たと
えば、耐摩耗性の要求される部分のみその特性に優れた
材料とし、他の部分は靭性の高い材料とするような場合
がある。粉末冶金法を用いて得られる材料に対して複合
材料とする手法としては、特公昭５８−５３６８４号等
に記載されるような異種の金属の粉末のそれぞれを仕切
り板等の設けたカプセル内に充填し、その後仕切り板を
はずして、冷間静水圧プレスを行った後焼結する方法、
あるいは特開昭６０−２５８４０１号および特公昭６３
−６４２７７号等に記載されている金型内に異種の金属
を層状に充填し、プレス成形を行った後焼結する方法等
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した粉末冶金法を
用いて、複合材料を得る方法には、製品形状に大きな制
約がある。たとえば冷間静水圧プレス等のカプセルを必
要とする方法では、カプセルから取りだしたあとに、塑
性加工あるいは機械加工を行わなければならない。また
、プレス成形の場合はプレス成形の加圧方向に対してア
ンダーカットを付けられないため、一軸成形が可能な形
状以外は最終形状に近いものを得ることができない。本発明の目的は、上記問題点に鑑み、複雑な製品形状を
有した複合金属材料の成形体を最終形状に近い形で得ら
れ、最終製品形状への機械加工をほとんど必要としない
複合金属焼結物品の製造方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は鉄基合金を主体
とする粉末とバインダが混練されてなる第１の混練体を
射出成形し第１の成形体を得た後、前記粉末と異なる種
類ではあるが、基地は同種類の鉄基合金を主体とする粉
末とバインダが混練されてなる第２の混練体を前記第１
の成形体に接するように射出し、複合成形体とし、その
後前記複合成形体のバインダを除去し、焼結することを
特徴とする鉄基複合焼結物品の製造方法である。本発明
の最も特徴とするところは、射出成形法を用いて作成し
た鉄基の第１の成形体に接するように同じ鉄基の第２の
混練体を射出して複合成形体を得るところにある。本発
明は射出成形法の適用により、複雑形状の成形体を得る
とともに、さらにこの成形体に接するように第２の混練
体を射出することにより、第２の混練体で形成される部
分も複雑形状とすることが可能になる。しかも、第１の
成形体の第２の混練体と接する部分の形状は、ほぼ任意
形状とすることができ、第２の混練体の接触面積を増加
することが可能である。たとえば第１の成形体に複合成
形体としたときに第２の混練体と噛み合うような凸部ま
たは凹部あるいは波状面、またはダブテイル状の凸部ま
たは凹部を設けることも可能である。

【０００５】具体的には、たとえば、得ようとする複合
成形体形状を与える金型に第１の成形体形状になるよう
に中子を入れ、これに第１の混練体を射出することによ
って、第１の成形体が得られる。その後、中子を取りは
ずして、形成されたコア形状に第２の混練体を射出する
ことにより、複合成形体が得られる。この方法では、同
一の金型内で、複雑形状の複合成形体が容易に得られる
という利点がある。また複合体とする接合面を前後させ
る設計が自由に行なえるので、任意の厚みや寸法の組合
せの複合成形体が得られる。また、上述のような中子を
使用せず、金型自体にコア形状が変えられる機構があれ
ば本発明を実施することができる。また、第１の成形体
を作成し、この成形体を複合成形体形状を与える別の金
型に中子として入れ、これに第２の混練体を射出するこ
とによっても本発明を実施できる。

【０００６】本発明では第１の成形体にも第２の成形体
にも、その合金組成は異なるものの鉄基合金という点で
一致させている点に他の大きな特徴がある。すなわち、
金属粉末を射出成形する場合は、射出時の流動性が必要
であり、プレス成形等の他の粉末冶金の手法に比べて、
バインダの量を多量に添加する必要がある。このため、
金属粉末同士の結合に加えてバインダ除去による成形体
の収縮量が極めて大きいものとなる。したがって、例え
ばＮｉ基合金とＦｅ基合金との接合のように大きく特性
の異なる基地を有する複合成形体では焼結時に接合部分
に収縮量の差が大きく、クラック等の欠陥が発生し接合
不良となる。本発明では種々の実験の結果、金属粉末に
起因する接合不良の発生を抑えるため、粉末は鉄基合金
を主体とするもの同士の複合化に限定しているのである
。本発明で使用する鉄基合金粉末は、平均粒径５０μｍ以
下であれば、利用できるが、焼結性を上げるためには平
均粒径は３〜２０μｍであることが好ましい。また、本
発明において使用するバインダは、通常の射出成形に使
用するものが適用できるが、第１の混練体の部分と第２
の混練体の部分の収縮率は一致するか、または極めて近
いものとなるように添加量および種類を選択することが
望ましい。また、本発明において、第１の成形体の第２
の混練体に接するべき部分の温度を２０℃〜７０℃とし
た後、第２の混練体を前記第１の成形体に接するように
射出成形し、複合成形体とすることが望ましい。すなわ
ち、第１の成形体の外表面の温度を上げておき、第２の
成形体の接合を助けるのである。この時第１の成形体の
接合面の温度が２０℃より低いと第１の成形体と第２の
混練体が密着しない場合があり、７０℃より高いと第２
の混練体の射出圧力で第１の成形体が変形する恐れがあ
るため２０℃〜７０℃の範囲が最も望ましい。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。（実施例１）ＡＩＳＩ　　Ｔ１５相当の重量比でＣ　　
１．４０％、Ｓｉ　　０．４４％、Ｍｎ０．３７％、Ｃ
ｒ　　４．０２％、Ｗ　　１１．９０％、Ｍｏ　　０．
８％、Ｖ　　４．８８％、Ｃｏ　　５．２％、残部が鉄
および不可避的不純物からなる水アトマイズ予備合金粉
末を作成した。この粉末の平均粒径は２０μｍで酸素含有量は２３００
ｐｐｍであった。この粉末をアトライタで乾式粉砕し、
平均粒径１２μｍとした。この粉末に炭素と酸素の反応
により減少する炭素分を補う目的で黒鉛粉末を重量比で
０．１０％添加し、Ｖ型ブレンダで１２時間混合した。この混合粉末に重量部でポリブチルメタアクリレート（
以下ＰＢＭＡと略す）を１．５部、エチレン酢酸ビニル
共重合体（以下ＥＶＡと略す）を３．３部、パラフィン
ワックス２．０部、ジブチルフタレート（以下ＤＢＰと
略す）１．２部を添加し、ヘンシェルミキサで１６０℃
にて混練後、粗粉砕し、射出成形用の第１の混練体とし
た。

【０００８】次に重量比でＣ　　３．１０％、Ｓｉ　　
０．４４％、Ｍｎ　　０．３７％、Ｃｒ４．０８％、Ｗ
　　９．００％、Ｍｏ　　７．８％、Ｖ　　８．０９％
、Ｃｏ８．４％、残部が鉄および不可避的不純物からな
る水アトマイズ予備合金粉末を作成した。この粉末の平
均粒径は１５μｍで酸素含有量は４５００ｐｐｍであっ
た。この粉末に１０％のＴｉＮ粉末を添加した後アトラ
イタで乾式粉砕し、平均粒径８μｍとした。この粉末に
黒鉛粉末を重量比で０．２１％添加し、Ｖ型ブレンダで
１２時間混合し、超硬質高速度工具鋼の原料粉末とした
。この混合粉末に重量部でＰＢＭＡを１．６部、ＥＶＡ
を３．４部、パラフィンワックス２．０部、ＤＢＰを１
．２部を添加し、ヘンシェルミキサで１６０℃にて混練
後、粗粉砕し、射出成形用の第２の混練体とした。

【０００９】これらを射出成形用シリンダを２本具備し
た２色射出成形機に導入し、図２に示すはさみの胴部２
の形状に射出成形した。その後金型のコア形状を変え、
はさみの刃部１の形状に第２混練体を射出成形し、図１
（ａ）に示す接合部１を有するはさみの部品形状の複合
成形体を作成した。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。この時の射出成形機の２本のシリン
ダのシリンダ温度はともに１５０℃、金型温度は２０℃
、射出圧力は１０００ｋｇｆ／ｃｍ２であり、第２の混
練体の射出時の胴部２の接合部１の温度は３４℃であっ
た。得られた複合成形体を水素雰囲気中で５００℃で１
時間保持してバインダの除去を行った。その後１×１０
マイナス４乗ｔｏｒｒの減圧雰囲気中で１２４０℃で１
時間保持して焼結を行った。得られた複合焼結体は刃部
および胴部ともに真密度を有していた。接合面の断面の
ミクロ組織を観察したところ、刃部と胴部は完全に圧着
しており、クラックなどの欠陥は見られなかった。

【００１０】比較例として、重量比でＣ　１．１２％、
Ｓｉ　１．２０％、Ｍｎ　０．４４％、Ｃｒ　２９．２
％、Ｎｉ　２．．１％、Ｗ　３．８％、残部がＣｏおよ
び不可避的不純物よりなる組成を有し、平均粒径８μｍ
のＣｏ基合金粉末を準備した。この粉末に実施例と同様
にＰＢＭＡ，ＥＶＡ，パラフィンワックス，ＤＢＰを添
加し、混錬体を得た。これを第１の混錬体とし、実施例
と同様にはさみ部品形状の複合成形体を作成し焼結を行
なった。得られた複合焼結体の接合面の断面のミクロ組
織を観察したところ、クラックが発生していることが確
認され、異なる基地同士の接合は好ましくないことがわ
かった。

【００１１】（実施例２）実施例１と同様の第１の混練
体と第２の混練体を作成し、実施例１と同様の２色射出
成形機を用いて１０×３０×５ｔ（ｍｍ）の第１の成形
体を作成し、１０×５の第１の成形体端面を接合面とし
て、接合面の温度を１５℃〜７５℃で、第２の混練体を
接合面に接するように射出して、１０×６０×５ｔ（ｍ
ｍ）の図３に示す第１の混練体部４と第２の混練体部５
を有する複合成形体を得た。得られた複合成形体の接合
面の圧着状態を調べた結果と、ＪＩＳ３点曲げ試験を行
った結果を表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１に示すように、第１の成形体の接合面
の温度を２０℃〜７０℃に設定した場合は、接合面に欠
陥の発生がなく、接合状態も良好であった。一方、接合
面の温度を２０℃より低く設定した場合には未圧着部が
発生し、また、接合面の温度が７０℃を超えると第２の
混練体射出時に第１の成形体が大きく変形してしまうと
いう現象が発生しいずれも不良となることがわかった。また、接合強度は接合面の温度を上げるほど高くなるた
め、第１の成形体が変形が許容できる範囲で、接合面の
温度を高めることが好ましいことがわかる。

【００１４】（実施例３）重量比でＮｉ３６％、残部Ｆ
ｅからなる合金粉末を水アトマイズ装置により作成し、
これを風力分級機で分給し、平均粒径９μｍとした。こ
の粉末に重量部でＰＢＭＡを１．５部、ＥＶＡを３．３
部、パラフィンワックス２．０部、ＤＢＰ１．２部を添
加し、ヘンシェルミキサで１６０℃にて混練後、粗粉砕
し、射出成形用の第１の混練体とした。また、重量比で
Ｃｏ５０％、残部Ｆｅからなる合金粉末を水アトマイズ
装置により作成し、これを風力分級し、平均粒径７μｍ
とした。この粉末に重量部でＰＢＭＡを１．５部、ＥＶ
Ａを３．３部、パラフィンワックス２．０部、ＤＢＰ１
．２部を添加し、ヘンシェルミキサで１６０℃にて混練
後、粗粉砕し、射出成形用の第２の混練体とした。これ
らの混練体を実施例２と同様の条件で射出成形し、１０
×６０×５ｔ（ｍｍ）の図３に示す複合成形体を得た。この複合成形体を水素雰囲気中４５０℃で１時間保持し
、バインダを除去した後、１×１０マイナス２乗ｔｏｒ
ｒの減圧雰囲気中で、１３００℃で１時間保持し焼結を
行った。えられた複合焼結体の密度は真密度に対して９
７％であった。この複合焼結体をＪＩＳ３点曲げ強度試
験機により破断させたところ、接合面と破断面は一致せ
ず、十分な接合強度が得られたことが確認できた。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、たとえば耐摩耗性が要
求される部分の表面に耐摩耗性に優れた材料を配置し、
他の部分に靭性に優れた材料を配置することが可能とな
る。また、最終形状に近い複合成形体が得られるため、
焼結後に最終製品形状への機械加工はほとんど不要とな
る。さらに、プレス成形のように成形方向が制約されな
いので、形状の自由度が極めて高いものとなる。また、
鉄基合金同士を接合するため、接合面にクラック等の発
生がなく、極めて強固な複合材料となり、信頼性の高い
工業用部品を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明を用いて作成したはさみの
部品形状を示す図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＡ
−Ａ断面を示す図である。

【図２】図２は図１のはさみの胴部を成形したときの形
状を示す図である。

【図３】図３は接合状態の評価のために作成した複合成
形体形状を示す図である。

【符号の説明】

１　　接合部２　　胴部３　　刃部４　　第１の混練体部５　　第２の混練体部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　鉄基合金を主体とする粉末とバインダ
が混練されてなる第１の混練体を射出成形し第１の成形
体を得た後、前記粉末と異なる種類の鉄基合金を主体と
する粉末とバインダが混練されてなる第２の混練体を前
記第１の成形体に接するように射出成形し複合成形体と
し、その後前記複合成形体のバインダを除去し、焼結す
ることを特徴とする鉄基複合焼結物品の製造方法。
【請求項２】　　第１の成形体の第２の混練体に接する
べき部分の温度を２０℃〜７０℃とした後、第２の混練
体を前記第１の成形体に接するように射出成形し、複合
成形体とすることを特徴とする請求項１に記載の鉄基複
合焼結物品の製造方法。