JPH0619081B2 - 焼結用低合金鋼粉末及びその製造方法 - Google Patents

焼結用低合金鋼粉末及びその製造方法

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JPH0619081B2
JPH0619081B2 JP60286716A JP28671685A JPH0619081B2 JP H0619081 B2 JPH0619081 B2 JP H0619081B2 JP 60286716 A JP60286716 A JP 60286716A JP 28671685 A JP28671685 A JP 28671685A JP H0619081 B2 JPH0619081 B2 JP H0619081B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高強度焼結材料に製造に適した焼結用低合金鋼
粉末に関するものである。
(従来の技術) 焼結材料の使用方法として、近年では強度を必要とする
部位に用いる機械部品への採用が検討されており、既に
使用されているものもある。焼結材料に対する高強度の
要求は年々高まりつつあるが、この要求に適合する材料
は少ない。
高強度焼結材料を得るため、合金化、均質化及び高密度
化等の種々の強化方法が検討されている。この中で合金
化により強度を向上させるため、胴(Cu)、ニッケル
(Ni)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、ク
ロム(Cr)等を鉄中に固溶させ強化させる予合金化法
あるいは混合法が知られている。
しかしながら、上記の方法により得られる焼結材料は強
度の点で必ずしも充分とはいえない。すなわち、予合金
化法においては、予合金化の段階で固溶硬化がおこり、
粉末の硬さが上昇するため、成形時の圧縮性が低下し材
料の高強度化に対しては不利となる。従って、再圧縮等
の方法により密度を更に上げることも必要となる。
一方、混合法においては、焼結の際に添加した合金元素
を鉄中拡散させるのに高温で長時間加熱することが必要
となり、又、活性金属であるCrやMn等は焼結雰囲気
を厳密にコントロールしないと酸化をおこし拡散が妨げ
られる。このため均質な材料が得られ難く、合金元素添
加の割には強度は向上しない。
上述のように、合金化による強度の向上方法は問題を含
んでいるものの他の強化方法に比べても最も有利な方法
と考えられているため、種々の検討が為されている。例
えば、特公昭45−9649号公報「低合金粉末鉄の製法」の
明細書中には、合金元素、例えば還元しやすいMo、N
i、Cuを特殊還元法により鉄粉の表面に付着させるこ
とにより予合金化粉末を製造する方法が開示されてい
る。これは予合金化の際の酸化による圧縮性低下の改良
を図ったものであり、圧縮性は純鉄粉と同等となってい
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記の方法においては合金元素の拡散に
問題があり、充分に均質化されていないため強度の向上
が図れない、焼入性がCrやMnを含むものよりやや劣
る、または特殊な還元法であるため製造コストが高くな
る等の問題があった。
また一般的に、Mo、Mn、Ni、Crは強度を向上さ
せるために焼結材料用の低合金鋼粉末に添加される金属
として有効であるが、含有量によって、または合金化の
方法によって焼結時の圧縮率が低下する、製品の強度が
均質でなく添加の割には強度の向上が望めない、また添
加する金属元素の量を多くしなければならないとか特殊
な還元法を必要とするなどの理由により製造コストが高
くなる等の点で問題がある。従って本発明の第一の目的
は焼結時の圧縮性が純鉄粉と同等であり、添加された金
属元素が均一に拡散した低合金鋼粉末を提供することで
あり、第二の目的は、上記の性質を有する低合金鋼粉末
を製造するために、予合金を製造する際に特殊な還元条
件を必要とせず、容易でコストの低い製造方法を提供す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) 上記の問題点を達成するために、本発明の焼結用低合金
鋼粉末は、総重量に対して0.2 〜1.5 重量%のモリブデ
ン(Mo)、0.05〜0.25重量%のマンガン(Mn)、0.
1 重量%以下の炭素(C)、0.3 重量%以下の酸素
(O)、0.5 〜5重量%のニッケル(Ni)、及び不可
避不純物を含有し、残部が鉄(Fe)よりなる焼結用低
合金鋼粉末であつて、ニッケル(Ni)を含まない合金
粉末とニッケル粉との集合化粉末であることを特徴とす
る。
また、本発明は、 a)モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、炭素
(C)、酸素(O)、及び不可避不純物を含有し、残部
が鉄(Fe)よりなる溶湯を水噴霧法により粉末化して
Fe−Mo−Mn系予合金粉末を製造する工程、 b)上記Fe−Mo−Mn系予合金粉末と、該粉末の平
均粒子径の1/10以下の平均粉末粒子径を有するニッ
ケル粉またはニッケル酸化物粉とを混合する工程、 c)前記混合粉末を還元雰囲気下で熱処理することによ
り集合化する工程、及び d)上記の集合化粉末を粉砕する工程より、 総重量に対して 0.2〜1.5 重量%のモリブデン(M
o)、0.05〜0.25重量%のマンガン(Mn)、 0.1重量
%以下の炭素(C)、0.3 重量%以下の酸素(O)、0.
5 〜5 重量%のニッケル(Ni)、及び不可避不純物を
含有し、残部が鉄(Fe)よりなる低合金鋼粉末を製造
することを特徴とする焼結用低合金鋼粉末の製造方法に
関する。
Moは焼結体組織をベイナイト化し、強度を向上させ、
且つ熱処理時の焼入性を向上させる効果があるが、重量
比で 0.2%未満では効果が少なく、 1.5%を越えると圧
縮性の低下を招き、添加量の割には強度の向上が得られ
にくく、且つコスト高となるため、 0.2%〜 1.5%の範
囲が好ましい。
MnはMoと類似の効果を有するが、重量比で0.05%未
満では強度向上が不充分であり、0.25%を超えると圧縮
性を低下させるため、0.05〜0.25%が好ましい。
Niは重量比で 0.5%未満では強度向上が少なく、 5%
を超えるとオーステナイト系の鉄の量が増加し、また圧
縮性も低下するため 0.5〜 5%が好ましい。また、Ni
は予合金化すると圧縮性を低下させ、単に混合するだけ
では拡散が充分に行われないため、予合金化したFe−
Mo−Mn粉と混合した後、加熱処理により集合化する
必要がある。Niはニッケル粉またはニッケル酸化物
(NiまたはNiO)として添加され得るが、その平均
粒子径が予合金粉末の平均粒子径の1/10より大きくなる
と、集合化粉末中でのNiの偏析が生じやすくなるため
強度のバラツキが大きくなり、また、予合金粉末との集
合化を阻害する可能性も生じてくるため、予合金粉末の
1/10以下の平均粒子径のNiまたはNiO粉を用いる必
要がある。
O及びCは、予合金粉末の硬さを上昇させ、圧縮性を著
しく低下させるため、Oは重量比で0.3 %以下、Cは重
量比で 0.1%以下にする必要がある。
Crは圧縮性を著しく低下させるため、本発明の低合金
鋼粉末には含有させない。
(実施例) 以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明す
る。
実施例1: 第1表に示した組成のうちニッケル以外の成分を含有す
る溶湯を溶解炉中で作り、この溶湯をタンディッシュよ
り流出させ、この溶湯流に噴霧媒として高圧の水を作用
させる所謂水噴霧法により平均粒子径80μmのFe−M
o−Mn系予合金粉末(乾燥粉)を製造し、次にこの粉
末と平均粒子径5 μmのニッケル粉(カーボニルニッケ
ル粉)とを市販のV型混合機に挿入し、30分間混合し
た。この混合粉末を水素−窒素混合の還元雰囲気の熱処
理炉の中に入れ、 930℃で30分間の熱処理を施して集合
化した。その後、この集合化粉末をハンマーミルにて粉
砕した後JIS標準ふるいは80meshにより分級を行い、
80mesh以下の粉末を得た。
実施例2: 第1表に示した組成に基づいて水粉霧法により形成した
不可避不純物を含むFe−Mo−Mn系予合金粉末(乾
燥粉、平均粒子径80μm)と酸化ニッケル粉(平均粒子
径1.6 μm)とを市販のV型混合機により、30分間混合
した。続いて水素−窒素混合の還元雰囲気中、 930℃で
40分間の熱処理を施し、集合化粉末を得た。これを、ハ
ンマーミルにて粉砕した後、80meshの篩にて分級を行
い、80mesh以下の粉末を得た。
実施例3: 第1表に示した組成の低合金鋼粉末を実施例1の方法に
準じて製造した。
比較例1: 第1表に示した組成に基づいて、水噴霧法により、不可
避不純物を含むFe−Ni−Mn−Mo系予合金粉末
(乾燥粉、平均粒子径73μm)を形成した。次いで水素
−窒素混合の還元雰囲気中 930℃で30分の熱処理を施し
て集合化した。その後、これをハンマーミルで粉砕した
後、80meshの篩で分級し、80mesh以下の粉末を得た。
比較例2: 市販の純鉄粉(80mesh以下)とフェロモリブデン粉(JIS
FMnLI,200mesh以下)、フェロマンガン粉(JIS FMnLIk,2
00mesh 以下)及びNi粉(平均粒子径5μm)をV型混
合機により30分間混合した。
比較例3: 第1表に示した組成に基づいて、水噴霧法により不可避
不純物を含むFe−Ni−Mo−Mn系予合金粉末を形
成した。該粉末(平均粒子径79μm)とNi粉(平均粒
子径5μm)とををV型混合機により30分間混合した。
次いで水素−窒素混合の還元雰囲気中で 930℃で30分間
の熱処理を施して集合化した。その後、これをハンマー
ミルで粉砕した後分級を行い、80mesh以下の粉末を得
た。
比較例4: 第1表に示した組成に基づいて、水噴霧法により不可避
不純物を含むFe−Mo系予合金粉末を形成した。該予
合金粉末(平均粒子径85μm)とNi粉(平均粒子径5
μm)とをV型混合機で30分間混合した後、水素−窒素
混合の還元雰囲気中で、 930℃で30分間熱処理を施して
集合化した。これをハンマーミルで粉砕して解離した後
分級を行い、80mesh以下の粉末を得た。
試験例1:圧縮性試験 JSPM標準1−64の金属粉の圧縮性試験法にて準拠
して成形体密度(g/cm2) を測定することにより粉末の
圧縮性を調べた。
実施例1ないし3及び比較例1ないし4の各粉末を成形
圧力5t/cm2で、金型の薄面に潤滑剤を塗布して成形
し、それぞれの圧縮率を調べた。結果を図のグラフに示
す。実施例1ないし3で製造し低合金鋼粉末の圧縮性
は、比較例1のFe−Mo−Mn−Ni系予合金粉末よ
り優れており、純鉄粉とMo,Mn及びNi粉を混合し
てなる比較例2の粉末と同等である。従って実施例1な
いし3の低合金粉末は純鉄粉を原料とした混合粉末の圧
縮性と同等の圧縮性が得られることがわかる。また実施
例1ないし3の低合金鋼粉末の圧縮性は、Crを予合金
化した以外は実施例1ないし3とほぼ同様の方法により
製造された比較例3の粉末よりも著しく優れている。従
ってCrの予合金化が圧縮性に対して悪影響を及ぼすこ
とが明らかである。
試験例2:引張強さ試験 実施例1ないし3及び比較例1ないし4による低合金鋼
粉末を原料として製造した焼結材料について、JSPM
標準2−64の金属焼結体の引張試験法に基づいて強度
を測定し、高強度焼結材料用の原料粉末としての適否を
検討した。焼結体は、各原料粉末に対して0.55重量%の
黒鉛粉と 0.8重量%の潤滑用ステアリン酸亜鉛粉を添加
し、混合した後、圧縮体密度 7.0g/cm3に成形し、こ
れを分解アンモニアガス中、1170℃で50分間焼結を行
い、続いて熱処理を行なうことにより製造した。熱処理
は真空焼入とし、 870℃で30分間加熱保持した後、油中
冷却し、続いて 190℃で60分間焼戻しすることにより行
った。引張強さ試験の結果を図に示す。図のグラフよ
り、実施例1ないし3の低合金鋼粉末の引張強さが比較
例のいずれのものと比べても著しく良好であることが明
らかである。
(発明の効果) 上記のように、本発明による焼結材料用低合鋼粉末は、
Mo、Mn、Ni、C、Oの各成分元素を鉄中に所定比
率で含み、しかもNiを他の元素と共に予合金化せずに
Fe−Mo−Mn系予合金粉末と熱処理することにより
集合化しているため、予合金化の際に各成分元素が固溶
硬化して圧縮性を低下させることもなく、高密度の製品
を得ることができ、その結果として製品の強度が著しく
向上する。また、Niは単に混合しているだけでなく、
Fe−Mo−Mn系予合金化粉末と集合化させているた
め良好に拡散することができ、強度が均一な製品を得る
ことができる。さらに、本発明の製造方法は予合金化及
び焼結の際に特殊且つ高価な還元条件を必要としないた
め、簡便な装置及び操作方法により、しかもコストの低
い方法で高品質の低合金鋼粉末を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例及び比較例の各粉末の圧縮性試験及
び引張強さ試験の結果を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】総重量に対して0.2 〜1.5 重量%のモリブ
    デン(Mo)、0.05〜0.25重量%のマンガン(Mn)、
    0.1 重量%以下の炭素(C)、0.3 重量%以下の酸素
    (O)、0.5 〜5重量%のニッケル(Ni)、及び不可
    避不純物を含有し、残部が鉄(Fe)よりなる焼結用低
    合金鋼粉末であつて、ニッケル(Ni)を含まない合金
    粉末とニッケル粉との集合化粉末であることを特徴とす
    る焼結用低合金鋼粉末。
  2. 【請求項2】a)モリブデン(Mo)、マンガン(M
    n)、炭素(C)、酸素(O)、及び不可避不純物を含
    有し、残部が鉄(Fe)よりなる溶湯を水噴霧法により
    粉末化してFe−Mo−Mn系予合金粉末を製造する工
    程、 b)上記Fe−Mo−Mn系予合金粉末と、該粉末の平
    均粒子径の1/10以下の平均粉末粒子径を有するニッ
    ケル粉またはニッケル酸化物粉とを混合する工程、 c)前記混合粉末を還元雰囲気下で熱処理することによ
    り集合化する工程、及び d)上記の集合化粉末を粉砕する工程より、 総重量に対して0.2 〜1.5 重量%のモリブデン(M
    o)、0.05〜0.25重量%のマンガン(Mn)、0.1 重量
    %以下の炭素(C)、0.3 重量%以下の酸素(O)、0.
    5 〜5重量%のニッケル(Ni)、及び不可避不純物を
    含有し、残部が鉄(Fe)よりなる低合金鋼粉末を製造
    することを特徴とする焼結用低合金鋼粉末の製造方法。
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