JPH06116601A

JPH06116601A - 焼結材料用合金鋼粉

Info

Publication number: JPH06116601A
Application number: JP4263652A
Authority: JP
Inventors: Osamu Furukimi; 古君　　修; Shigeru Unami; 繁宇波
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】高寸法精度、高強度及び高疲労特性を兼備
し、かつ寸法精度及び強度のばらつきが小さい焼結部品
の製造に供して好適な焼結材料用合金鋼粉を提供する。【構成】鉄粉の表面に、Ni：0.5 〜5.0 ％、Mo：0.1
〜2.5 ％及びCu：0.5 〜3.0 ％のうちから選んだ１種又
は２種以上を、それぞれ粉末の形で部分的に拡散付着さ
せ、かつ上記Ni粉末の粒径分布の幾何的標準偏差を 1.8
以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種焼結部品の中で
も、高い寸法精度と共に、高強度及び高疲労特性が要求
される部品の製造に供して好適な焼結材料用の合金鋼粉
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車部品のギヤなど、高強度や高疲労
特性と共に高寸法精度が要求される部品を粉末冶金法で
製造する場合、強度及び疲労特性の向上のためには、合
金元素を添加し、さらに浸炭処理や浸窒処理を施すと共
に、その後に焼入れ、焼戻し処理が施される。

【０００３】純鉄粉中に合金成分を固溶させて合金鋼粉
を製造する予合金鋼粉では、その焼結材料の熱処理後に
おける寸法精度は高いものの、鋼粉の圧縮性が損なわれ
ることが多く、その場合に高い焼結密度が得られなくな
り、結果的に強度、疲労特性の向上が望めない。とくに
Niの予合金化は圧縮性を低下させる。

【０００４】この点、例えば特公昭45−9649号公報で
は、純鉄粉にNi, Cu, Moなどの合金化成分粉末を拡散付
着する（以下、複合合金化法と称す）ことによって上述
の問題の解決を図っている。しかしながら、上記の方法
によって製造された複合合金鋼粉は、圧縮性には優れる
ものの、異種金属粉を混粉後、加熱により拡散を生じさ
せて部分的に合金化するだけなので、成分的に完全に均
一なものが得られる予合金法に比べると、組織の均一性
が悪く、製品の寸法精度がばらつく原因となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように上記した複
合合金鋼粉では、圧縮性が高く、焼結材料の強度及び疲
労特性の向上は図り得るものの、寸法精度が十分とは言
い難く、また強度のばらつきが大きいところにも問題を
残していた。この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、圧縮性が高く、また焼結材料の強度及び疲労特
性に優れるのはいうまでもなく、焼結材料の熱処理後の
寸法精度が高く、しかも強度のばらつきも小さい焼結材
料用の合金鋼粉を提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、複合合金鋼粉
として鉄粉表面に付着させる成分のうち特にNi粉につい
て、その粒径分布の幾何的標準偏差を低減することが、
所期した目的の達成に関し、極めて有効であることの知
見を得た。この発明は、上記の知見に立脚するものであ
る。

【０００７】すなわちこの発明は、鉄及び不可避的不純
物からなる鉄粉の表面に、Ni：0.5〜5.0 wt％（以下単
に％で示す）、Mo：0.1 〜2.5 ％及びCu：0.5 〜3.0 ％
のうちから選んだ１種又は２種以上を、それぞれ粉末の
形で部分的に拡散付着させた合金鋼粉であって、上記Ni
粉末の粒径分布の幾何的標準偏差が 1.8以下であること
を特徴とする焼結材料用合金鋼粉である。

【０００８】

【作用】この発明において、合金化元素の組成範囲を上
記の範囲に限定した理由について説明する。 Ni : 0.5〜5.0 ％ Niの添加方法は、この発明の大きな特徴である。Niは、
焼結材料の強度及び靭性を向上させる元素であるが、予
合金化すると圧縮性が著しく劣化し、強度、疲労特性が
低下する。この点、複合合金化では上記のような問題が
生じないので、この発明では複合合金化により合金化を
図るものとした。ここに複合合金化を好適に行うには、
予合金鋼粉にNi粉末を混合したのち、 750〜1050℃で水
素雰囲気において拡散焼鈍し、ついで解砕、分級すれば
良い。なおNiによって、焼結材料の強度及び靭性を向上
させるためには 0.5％以上の添加が必要であり、一方
5.0％を超えて添加するとオーステナイトが過剰に生成
され、強度及び疲労特性を低下させるので、 0.5〜5.0
％の範囲に限定した。

【０００９】Mo：0.1 〜2.5 ％ Moは、焼結材料の強度を向上させる合金元素で、強度向
上のためには少なくとも 0.1％を必要とし、一方 2.5％
を超えて添加すると圧縮性が低下して焼結材料の高密度
化が図れず、また強度、疲労特性が低下するので、 0.1
〜2.5 ％の範囲で含有させるものとした。

【００１０】Cu：0.5 〜3.0 ％ Cuは、焼結性の向上ひいては焼結材料の強度及び疲労特
性の向上に有効に寄与するが、そのためには少なくとも
0.5％の添加を必要とし、一方 3.0％を超えて添加する
と強度及び疲労特性の低下を招くので、 0.5〜3.0 ％の
範囲で添加するものとした。なお、Cuは予合金化すると
圧縮性を損なうので、複合合金化で添加することとし
た。

【００１１】ところでNiは、上記したとおり焼結材料の
強度、靭性の向上に極めて有用な元素であるが、たとえ
複合合金化による場合であっても、Ni粉末の粒径分布の
幾何的標準偏差が 1.8を超えると、熱処理時に寸法精度
が低下し、また焼結材料の引張強さのばらつきが大きく
なるので、Ni粉末の粒径分布の幾何的標準偏差を 1.8以
下にすることが肝要である。ここに幾何的標準偏差と
は、次式幾何的標準偏差＝ｄ_84.1／ｄ₅₀ で定義されるもので、ｄ_84.1，ｄ₅₀はそれぞれ粉末粒度
の累積度数分布で84.1％と50％のときの粒径を意味す
る。

【００１２】図１に、Mo：0.3 ％、Ni：4.5 ％及びCu：
0.7 ％を複合合金化した鋼粉に、黒鉛を 0.1％、ステア
リン酸亜鉛を１％添加し、圧力７ t/cm²で成形後、1250
℃,60 minで焼結し、ついで 910℃で120min、カーボン
ポテンシャル 0.8％の条件で浸炭後、直ちに80℃の油中
に焼入れし、引き続き 180℃で45 minの焼戻し処理を施
して得た各焼結材料の、引張強さのばらつきに及ぼすNi
粉末粒径分布の幾何的標準偏差の影響について調べた結
果を示す。同図より明らかなように、粒径分布の幾何的
標準偏差が 1.8を超えると、引張強さのばらつきが大き
くなっている。なおばらつきはｎ＝30で評価した。

【００１３】次に図２に、上述と同様にして得た各焼結
材料の、浸炭焼入れ焼戻し時の寸法変化のばらつきに及
ぼすNi粉末粒径分布の幾何的標準偏差の影響について調
べた結果を示す。同図より明らかなように、粒径分布の
幾何的標準偏差が 1.8を超えると、寸法変化のばらつき
も大きくなっている。

【００１４】上述したような合金鋼粉を、成形、焼結す
ることにより、その焼結材料の熱処理後における寸法精
度を向上させることができ、また得られた焼結・熱処理
材料の強度及び疲労特性は極めて良好である。なお、こ
こでいう成形、焼結とは、一般に粉末冶金部品を製造す
る方法を意味し、例えば４〜８ t/cm²の圧力による圧縮
成形後、1100〜1300℃におけるN₂, AX, RXガス中あるい
は真空中での焼結が好適である。また必要に応じて、成
形に先立ち黒鉛を強度向上を目的として添加することも
でき、その量は0.05〜0.4 ％が好適である。

【００１５】

【実施例】表１に示す化学組成になる合金鋼粉に、黒鉛
を 0.1％、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を１％添加、
混合したのち、圧力７ t/cm²で圧縮成形後、N₂ガス中に
て1250℃, 60 minの焼結を施し、ついで 910℃で30 mi
n、カーボンポテンシャル：0.8％の条件で浸炭後、直ち
に80℃の油中に焼入れし、その後 180℃で45 minの焼戻
し処理を施した。かくして得られた焼結・熱処理材料に
ついて、森式６球面圧疲労試験による疲れ強さ及び引張
強さ（ｎ＝30）を調べた。また外径：60mm、内径：20m
m、高さ：5.5 mmのリング状試験片について、図３に示
す要領で、焼結材料と焼戻し材料での寸法変化のばらつ
きの標準偏差を求め、寸法精度とした。この実験におい
て、合金鋼粉は、鉄粉にカーボニルNi粉（平均粒径：16
μm 、幾何的標準偏差：1.6 ）やCu粉（金属銅粉）、Mo
粉（三酸化モリブデン粉）を所定量混合したのち、水素
中にて 900℃、60 minの拡散焼鈍後、解砕・分級して得
たものである。調査結果を表１に併記する。

【００１６】

【表１】

【００１７】同表より明らかなように、この発明に従う
合金成分とし、しかもとくにNi粉として粒径分布の幾何
的標準偏差が 1.8以下の粉体を用いることにより、強
度、疲労特性及び寸法精度ともに優れた焼結材料を得る
ことができた。

【００１８】

【発明の効果】この発明の合金鋼粉は、焼結、熱処理後
において、強度及び疲労特性に優れるだけでなく、極め
て高い寸法精度を維持することができ、しかも強度及び
寸法変化のばらつきを軽減することができ、例えば自動
車のカムギアのような高強度、高疲労強度と共に高い寸
法精度を要求される焼結部品の原料鋼粉として偉効を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼結材料の引張強さのばらつきに及ぼすNi粉末
粒径分布の幾何的標準偏差の影響を示したグラフであ
る。

【図２】焼結材料の寸法変化のばらつきに及ぼすNi粉末
粒径分布の幾何的標準偏差の影響を示したグラフであ
る。

【図３】寸法精度の測定要領の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄および不可避的不純物からなる鉄粉の
表面に、Ni：0.5 〜5.0 wt％、Mo：0.1 〜2.5 wt％及び
Cu：0.5 〜3.0 wt％のうちから選んだ１種又は２種以上
を、それぞれ粉末の形で部分的に拡散付着させた合金鋼
粉であって、上記Ni粉末の粒径分布の幾何的標準偏差が
1.8以下であることを特徴とする焼結材料用合金鋼粉。