JPH0478713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、粉末治金法による耐摩耗材料等とし
て用いられる粒子分散合金の製造法に関する。 ［従来の技術］ 従来、産業機器等の発展から、よりすぐれた耐
摩耗性をもつ材料が要求されてきた。例えば切削
工具として切削速度を向上させるために高速度鋼
などが開発されている。これらのすぐれた製品を
つくるための製造法の一つに粉末治金法がある。 粉末治金法の特徴はかなり任意の範囲の組成の
製品をつくることが可能である、偏析の少ない製
品をつくることができるなどがある。この方法を
用いることにより、炭化物、窒化物、硼化物のよ
うに非常に硬度の高い粒子を製品中に分散させた
粒子分散合金をうることができ製品の耐摩耗性を
向上させることができた。これらは例えば溶融合
金を噴霧固化させて製造した合金粉末と微細な前
記粒子粉末とを混合後、成形し、HIP（熱間静水
圧プレス）等により焼結され粒子分散合金とされ
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ 粒子分散合金の靱性、耐摩耗性は、合金中の粒
子の分散の均質度を高めることにより向上させる
ことができ、又この均質度は、混合に用いる合金
粉末及び粒子粉末の粒径が小さいほど向上する。 しかし、通常使用できる合金粉末の粒径は
100μｍ程度であるのに対し、粒子粉末のそれは
ほぼ5μｍ以下であり、製造された粒子分散合金
の均質度は100μｍ程度となつて充分とは言えな
い。 又、合金粉末は、容易に粉砕することができな
い場合が多い。すなわち、合金粉末は、高靱性、
高硬度であるために、ボールミル等で粉砕するこ
とは容易でなく、又、可能であつても非常に大き
なエネルギーを必要とする。 ［問題を解決するための手段］ 本発明は、発明の構成として上記の問題点を解
決するために次のような技術的手段を採用した。 即ち、本発明の粒子分散合金の製造法は、 Feと Ｃ，Cr，Mo，Mn，Co，Ｗ，ＶおよびNiから
選ばれた１種又は２種以上の元素とからなる合金
中に 元素の周期率表で4A族、5A族、6A族に属する
元素及びケイ素の炭化物、窒化物及び硼化物から
選ばれた１種又は２種以上からなる粒子を分散し
てなる粒子分散合金の製造法において、 上記合金粉末を酸化する酸化工程と、 酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程と、 酸化工程前又は酸化工程後の合金粉末と、粒子
粉末とを混合する混合工程と、 少なくとも酸化工程及び粉砕工程の後に行なわ
れる酸化された合金粉末を還元する還元工程と、 最終に行なわれる焼結工程と からなることを特徴とする。 FeとＣ，Cr，Mo，Mn，Co，Ｗ，ＶおよびNi
から選ばれた１種又は２種以上の元素からなる合
金は、硬度、靱生等において優れた性質をもつも
のである。中でも、重量％でＣ＝0.5〜2.5，Cr＝
３〜６，Mn≦10，Co≦20，Ｗ≦25，Ｖ≦15、残
部がFeと不可避的不純物からなるものは特に優
れた性質をもつ。 上述の合金は、原料を溶解炉中で溶融した後、
該溶融合金を噴霧して造粒を行ない合金粉末とす
る。噴霧方法により、合金粉末の粒度は異なるが
通常は100μｍ程度である。 ここで各金属単体粉末を用いずに合金粉末を用
いたのは、各金属単体粉末を利用した場合には、
後述の粉砕工程において、硬度等の差から粒径に
差ができるために製造された粒子分散合金の均質
度が向上しないという理由による。 合金中に分散される粒子は硬度、高温における
化学的安定性が要求されるために元素の周期率表
で4A族（Ti，Zr，Hf）、5A族（Ｖ，Nb，Ta）、
6A族（Cr，Mo，Ｗ）及びSiの炭化物（例えば、
TiC，SiC，TaC，Mo₂Ｃ，WC等）、窒化物
（TiN，Si₃N₄，ZrN等）及び硼化物（TiB₂，
ZrB₂，CrB₂，Mo₂B₃，W₂B₅）等から選ばれた
１種又は２種を用いる。これらは、炭化物、窒化
物、硼化物の機械的粉砕、気相合成等の方法で製
造され、又、脆いために比較的容易に粒径が数μ
ｍ程度のものを得ることができる。 さらに合金中に分散される粒子は周期率表で
4A族、5A族、6A族の各元素を２種以上含む複合
材炭化物、窒化物、硼化物であつてもよい。 合金粉末を酸化する酸化工程は、合金粉末を例
えば800℃程度に空気中で加熱する、大気中酸化
等の方法により行なう。 酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程は、ボ
ールミル、アトライター、ジエツトミル等の通常
手段によつて行なう。これは、酸化された合金粉
末が合金粉末に比べて非常に脆くなるためであ
る。特に、本発明においては、より微細に粉砕す
ることが粒子分散合金における粒子の均質度を高
める上で必要となるため、遊星ボールミル、アト
ライター等の高エネルギーミルを用いると好まし
い。又、合金中に炭素が含まれる場合には、この
炭素を、酸化処理前にArガス中で加熱する等の
方法により合金成分の炭化物として析出させてお
くと酸化時の炭素減少が少なくなる。この場合に
は、該炭化物が酸化処理で酸化されないように、
例えば空気中で加熱して酸化する場合には温度を
下げる等の注意が必要となる。 酸化された合金粉末又は合金粉末と上記粒子粉
末とを混合する混合工程は、ボールミル、混合機
等の通常の方法で行なうことができる。さらに、
粉砕前の酸化された合金粉末と粒子粉末とをボー
ルミル中に投入すると粉砕工程と混合工程とを同
時に行なうことができ好ましい。又、酸化しやす
い合金粉末を用いる場合には、合金粉末と粒子と
をボールミル中に投入すると酸化工程、粉砕工程
及び混合工程が同時にでき好ましい。 酸化された合金粉末を還元する還元工程は、酸
化された合金粉末又はそれを含む混合物を、例え
ば水素気流等の還元雰囲気中で加熱する、混合物
に還元剤を添加し焼結工程と同時に還元工程を行
なう等によつて行なう。また本願発明における還
元工程とは炭素による浸炭等の工程も含まれる。 合金粉末又は還元剤を含む酸化された合金粉末
と粒子粉末との混合物は、成分調整のための炭素
やその他の元素の粉末および必要に応じてバイン
ダーを添加した後プレス等により成形され、還元
雰囲気中での焼結、あるいはHIP（熱間静水圧プ
レス）法による焼結を経て製品とされる。 酸化、粉砕、混合、還元及び焼結の各工程は、
第１図〜第３図の工程図に示すように配置され
る。尚、図中の矢印は工程の流れを示すものであ
るが、分岐において分岐先の工程を並行的に行な
うのではなく、どちらか一方の工程を選択して実
行するものである。特に、酸化、粉砕、混合の各
工程を同時に行ない、次いで還元、焼結の各工程
を同時に行なうようにすると、工程数が少なくな
り好ましい。 ［作用］ 本発明は、合金粉末を酸化してから粉砕するた
めに、合金粉末を合金に分散させる粒子と同程度
の大きさまで粉砕できる。そのため本発明によつ
て製造された粒子分散合金の均質度は極めて優れ
たものとなる。 ［発明の効果］ 本発明を用いることにより、極めて均質度の高
い粒子分散合金を製造できる。そのために耐摩耗
性、抗折力にすぐれた粒子分散合金を得ることが
できる。 又、これらを切削工具として用いると工具の耐
用時間を大幅にのばすことができるために、夜間
の無人運転等の長時間の使用において信頼性の高
高い工具を提供できる。 ［実施例］ 本発明の第１の実施例について第４図の工程図
を用いて説明する。 第１表試料No.１〜５に示す組成をもつた合金粉
末をArガス中で800℃まで加熱して合金中の炭素
を炭化物として析出させた後大気中で800℃まで
加熱して酸化処理を行なつた。次いで該酸化物に
対して第１表に示す組成をもつた粒子を添加し、
ボールミルにより平均粒径が所定以下となるまで
粉砕、混合し、 さらに、該混合物に対して還元剤として炭素粉
を25重量％添加し混合し、 この混合物を炭素鋼の直径60.5mm高さ200mmの
缶に充填し、7ton／cm²の圧力でプレス成形し、こ
の成形物を缶とともに真空中で1170℃１時間の熱
処理を行ない、CO反応による還元をおこなつた。 さらに、この還元された成形物をプレスにより
7ton／cm²の圧力で加圧し密度を上げた後に、缶を
真空封入して、1000気圧、1150℃、１時間の条件
でHIP処理を行なつた。 上述のように製造された試料から、一片が10mm
の立方体の試験片、および3.5mm×5.5mm×40mmの
棒状の試験片を切り出して、ともに、1190℃に３
分間加熱後油冷し、さらに560℃に１時間加熱後
空冷を３回くりかえす熱処理を行なつた。又、熱
処理前の各試料から、10.5mm×10.5mm×70mmの棒
状体を切り出し、1190℃で３分間加熱後油冷し、
さらに560℃で１時間加熱後空冷を３回くりかえ
す熱処理を施した後、10mm×10mm×70mmの施削用
バイトに加工した。 次いで立方体の試験片で硬度の測定およびミク
ロ組成の観察を行ない、棒状の試験片を用いて抗
折力を測定し、バイトを用いて、次のような条件
で連続切削および断続切削試験を行ない、摩耗性
を調べた。 〈切削条件〉 (1) 連続切削 工具形状 ０，６，６，６，０，0.5， 0.5（Ｒ） 送り 0.2（mm／Rev） 切込み １（mm） 切削速度 150（ｍ／min） 被切削材 SCM420（焼きならし材） 潤滑剤 水溶性 切削時間 3min (2) 断続切削（突切り） 工具形状 30，０，３，７，０，０， 0.25（Ｒ） 送り 0.05（mm／Rev） 切込み ５（mm） 切削速度 60〜52（ｍ／min） 被切削材 SCM420（焼きならし材） 製歯車（ｍ＝2.5、 Ｚ＝31、外形＝φ82.5） 潤滑剤 水溶性 切削回数 15回 尚、酸化粉砕しない合金粉末と粒子とを混合粉
砕し成形したものを試料と同じ条件でHIP法によ
り焼結し、試料と同様に成形熱処理を行ない比較
例とし第１表試料No.10〜14として記載した。 本発明の第２の実施例について第５図の工程図
説明する。 第１表試料No.６〜９に示す組成をもつた合金粉
末を第１の実施例と同様に炭化物の析出酸化処理
を行なつた後にボールミルにより平均粒径が所定
以下となるまで粉砕し、 該粉砕物を水素気流中で1000℃に加熱して還元
し、 第１表に示す組成をもつ粒子とをボールミルに
よつて混合し、 この混合物を第１の実施例と同様の缶に充填
し、同様にプレス成形した後、 第１の実施例と同様の条件でHIP法により焼結
を行なつた。 上述のように製造された試料は第１の実施例と
同様に加工され、硬度の測定、ミクロ組成の観
察、耐摩耗性試験を行なつた。 尚、酸化粉砕をしない合金粉末と粒子とを混
合、粉砕したものを試料と同条件で焼結し比較例
とし第１表試料No.15〜18として記載した。又、耐
摩耗性のうち、比摩耗度の測定条件を第２表に示
す。

【表】

【表】

【表】 大越式摩耗試験機を使用
以上のような実験から、合金粉末を酸化させて
から粉砕する工程をもつ本発明によつて製造され
る粒子分散合金は、従来のものに比べて、抗折
力、耐摩耗度において特に優れていることが確認
された。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の工程図、第４図
は第１の実施例の工程図及び第５図は第２の実施
例の工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Feと Ｃ，Cr，Mo，Mn，Co，Ｗ，ＶおよびNiから
   選ばれた１種又は２種以上の元素とからなる合金
   中に 元素の周期率表で4A族、5A族、6A族に属する
   元素及びケイ素の炭化物、窒化物及び硼化物から
   選ばれた１種又は２種以上からなる粒子を分散し
   てなる粒子分散合金の製造法において、 上記合金粉末を酸化する酸化工程と、 酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程と、 酸化工程前又は酸化工程後の合金粉末と、粒子
   粉末とを混合する混合工程と、 少なくとも酸化工程又は粉砕工程の後に行なわ
   れる酸化された合金粉末を還元する還元工程と、 最終に行なわれる焼結工程と からなることを特徴とする粒子分散合金の製造
   法。 ２ 酸化工程と粉砕工程とを同時に行なう特許請
   求の範囲第１項記載の粒子分散合金の製造法。 ３ 酸化工程と粉砕工程と混合工程とを同時に行
   なう特許請求の範囲第１項記載の粒子分散合金の
   製造法。 ４ 粉砕工程と混合工程とを同時に行なう特許請
   求の範囲第１項記載の粒子分散合金の製造法。 ５ 還元工程と焼結工程とを同時に行なう特許請
   求の範囲第１項ないし第４項いずれか記載の粒子
   分散合金の製造法。 ６ 混合工程で還元剤を添加することにより還元
   工程と焼結工程とを同時に行なう特許請求の範囲
   第５項記載の粒子分散合金の製造法。