JPH0686605B2

JPH0686605B2 - 高圧縮性焼結用粉末及びその製法

Info

Publication number: JPH0686605B2
Application number: JP61262318A
Authority: JP
Inventors: 義孝高橋; 俊太郎須藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPS63114903A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は構造用機械部品等に使用する高強度焼結材料の
製造に適した高圧縮性焼結用粉末及びその製法に関す
る。

（従来の技術）焼結材料の使用方法としては、従来は焼結プロセスの持
つ高い歩留まりと、切削加工の大幅な省略が可能という
特徴を生かして、製造コストの低減を目的とした使用方
法が主であった。しかし、近年は機能材料として使用さ
れることも多い。例えば、強度を必要とする部位に用い
る機械部品への採用も検討されており、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化の要求は年
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、銅（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、Cr、Mnおよび
Ｂ等のいわゆる活性金属を添加したものは粒子表面に酸
化被膜を生じやすい、焼入性が悪い等の問題を有し、Ni
は高価であり、その割には効果が得られない。このた
め、特開昭50-26705号に、比較的安価であり、芯部の焼
入硬度を高めるのに寄与するCuと、焼入性常数の高いMo
を配合した焼結用鋼粉が提案されている。該鋼粉は、粒
子の表面に酸化被膜を生じることがなく、またコストが
低いという点で従来の焼結用鋼粉より優れている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記のCuとMoを配合した焼結用鋼粉は、
Cuを含む鉄基合金の溶湯を、水噴霧法またはガス噴霧法
により急冷することにより製造され、このときの冷却速
度は焼入時の冷却速度より極めて速いため、Cuの固溶硬
化により合金粉末の硬さが増し、圧縮性が極めて低くな
るといる問題点を有する。従って、本発明は、高強度化
のために、Cuが配合されており、しかもCuにより圧縮性
が低下することのない焼結用粉末を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するための本発明の高圧縮性焼結用粉
末は、モリブデン（Mo）0.2〜1.4重量％、マンガン（M
n）0.05〜0.25重量％、銅（Cu）粒子0.5〜５重量％、炭
素（Ｃ）0.1重量％以下、及び不純物を含む残部鉄（F
e）からなり、上記組成のうち、銅を除く成分からなる
合金粒子に銅粒子が付着してなり、そして上記銅粒子の平均粒子径は上記合金粒子の平均粒子径の
1/5以下であり且つ上記銅粒子は上記合金粉末との接合
部が合金化した状態で上記合金粉末の表面に融着してい
ることを特徴とする。

また、本発明の高圧縮性焼結用粉末の製造方法は、前記
本発明の高圧縮性焼結用粉末を製造するにあたり、上記
合金粒子と、平均粒子径が上記合金粉末の平均粒子径の
1/5以下である銅または銅酸化物の粒子とを均一に混合
し、次いで不酸化性または還元性雰囲気下で加熱処理を
施すことを特徴とする。

本発明の高圧縮性焼結用粉末の製造方法は、より好まし
くは下記に示す５工程よりなる。まず、Mo、Mn及びFeか
らなる溶湯を水噴霧法またはガス噴霧法により粉末化し
て合金粉を製造する（第１工程）。次に、上記のMo-Mn-
Fe合金粉を、平均粒子径が該合金粉の1/5以下である銅
または銅酸化物粉と均一に混合する（第２工程）。前記
混合粉末を不酸化性または還元性雰囲気下で加熱する。
これにより、銅は、Mo-Mn-Fe合金粉と完全に合金化する
ことはなく、一部合金化した状態でMo-Mn-Fe合金粉の表
面に付着するとともに、前記合金粉及び銅粉が焼鈍し、
あるいは前記合金粉末及び銅酸化物粉が還元焼鈍し、そ
の結果、混合粉は凝集してケーキ状粉末集合体となる
（第３工程）。次に、前記のケーキ状粉末集合体を粉砕
して粉砕物を得る（第４工程）。そして、前記の粉砕物
を必要に応じて粒度調整する（第５工程）。

以下に、本発明の高圧縮性焼結用粉末の限定理由を示
す。なお、％は重量％を示す。

Moは焼結体組織をベイナイト化し、強度を向上させ、且
つ熱処理等の焼入性を向上させるためのものであるが、
0.2％未満では効果が少なく、1.4％を超えると圧縮性の
低下を招き、焼入性の向上にさほどの効果が見られなく
なり、且つコスト高となるため0.2〜1.4％の範囲とし
た。

MnはMoと類似の効果を示すが、0.05％未満では効果が期
待できず、0.25％を超える圧縮性の低下や強度の低下を
招くため、0.05〜0.25％の範囲とした。

Ｃは0.1％を超えると圧縮性を低下させるため0.1％以下
とした。

Cuは焼結体に固溶し、焼結体の強度を向上させるととも
に熱処理後の強度を高めるが、0.5％未満では効果が期
待できず、５％を超えると圧縮性の低下を招き、また、
添加の割に効果が期待できないため、0.5〜５％の範囲
とした。

銅または銅酸化物の平均粒子径は、添加割合が一定の場
合、粒子径が大きい程存在割合が小さくなり、偏折の可
能性が高くなる。本発明者らは、銅または銅酸化物の平
均粒子径をMo-Mn-Fe合金の平均粒子径の1/5以下とする
ことにより、偏折の発生を防止できることを見出した。
これにより、銅または銅酸化物の平均粒子径を規定し
た。従って、本発明の方法においては平均粒子径が合金
粒子の平均粒子径の1/5以下である銅または銅酸化物の
粒子を使用し、この結果、本発明の粉末が得られる。

（作用）本発明の高圧縮性焼結用粉末においては、平均粒子径が
合金（Fe-Mo-Mn合金）粒子の平均粒子径の1/5以下であ
るCu粒子が合金粒子に所定形態で付着しているため、使
用に際して圧縮性に優れている。これは、Cu粒子が合金
粒子との間の完全な合金として存在するのではなく、製
造時の加熱により合金粒子の表面に融着して、合金粉末
との接合部のみが合金化した状態である。このため、前
記接合部（CuがFe-Mo-Mn合金と更に合金化した部分）を
ミクロ的に見れば合金粒子の硬度に比べて硬度が増して
いるものの、接合部は合金粒子の全表面にわたって各々
は小さな領域でほぼ均一に点在していると考えられるの
で、マクロ的に見れば合金粒子の硬度は増していないと
思われる。即ち、本発明の高圧縮性焼結用粉末は、圧縮
時には軟らかいFe-Mo-Mn合金部分は塑性変形することに
より圧縮され、硬度の増したCu合金化部分は前記Fe-Mo-
Mn合金部分内に埋没するため圧縮性に悪影響を及ぼさな
い。それ故、本発明の高圧縮性焼結用粉末を使用する
と、焼結時にCu粒子からのCuの作用により焼結体が高強
度化されると考えられる。

また、本発明の高圧縮性焼結用粉末の製造方法において
は、合金粒子と、平均粒子径が上記合金粉末の平均粒子
径の1/5以下である銅または銅酸化物の粒子とを均一に
混合し、次いで不酸化性または還元性雰囲気下で加熱処
理を施すことにより、前述の本発明の高圧縮性焼結用粉
末が容易に調製される。

（実施例）以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例1: 第１表に示す組成のうちCuを除く成分、即ちFe、Mo及び
Mnを含む溶湯を用いて、水噴霧法により粉末化し、合金
粉を製造した。この合金粉に、平均粒子径が合金粉の1/
5以下であるCuO粉を所定量添加し、Ｖ型混合機を用いて
20分間混合し、均一な混合体を得た。

この混合体を分解アンモニアガス雰囲気中で45分間加熱
することにより、CuO及びFe-Mo-Mn合金粉を還元すると
ともに、Cu粒子をFe-Mo-Mn合金粒子の表面に付着させ
た。得られた粉末凝集体を粉砕機（ハンマーミル）にて
粉砕した後、80メッシュ篩にて篩別し、80メッシュ粉を
得た。

実施例２ないし４実施例１と基本的に同様の方法により、第１表に示す組
成の焼結用粉末を製造した。

比較例１ Mo、Mn、Ｃ及びFeに加えて、Cuを含有する溶湯を粉末化
して焼結粉末とするほかは、実施例１と同様の方法によ
り、第１表に示す組成の焼結粉末を製造した。

比較例２実施例１と同様の方法により、第１表に示す組成の焼結
粉末を製造した。

試験例１上記の実施例１ないし４並びに比較例１及び２の粉末に
ついて、下記の方法により圧縮性を試験した。それぞれ
の粉末を成形圧力5T/cm²にて圧縮し、11.3×10mm（直径
×高さ）の円柱試験片を製造した。成形は超硬製金型を
用い、内壁に潤滑剤を塗布して行った。得られた試験片
の密度を調べた。結果を図のグラフに示す。グラフにお
いて、白棒は試験片の圧縮性を密度で示し、斜線入り棒
は試験片の引張強さ（後述の試験例２参照）を示す。

グラフより明らかなように、実施例１ないし４の試験片
の密度は6.87g/cm³以上であり、Cuを合金化して製造し
た比較例１の試験片の密度（6.46g/cm³）に比べて著し
く高い。従って、実施例の焼結用粉末が比較例の焼結用
粉末に比べて優れた圧縮性を持つことが明らかである。

試験例２実施例１ないし４及び比較例１及び２の焼結用粉末によ
り製造した焼結品を熱処理して製造した材料について、
下記の方法により引張強さを試験した。まず、それぞれ
の焼結用粉末に、0.5％の黒鉛粉及び0.6％の潤滑用ステ
アリン酸亜鉛を加え、Ｖ型混合機で30分間混合する。得
られた混合粉末によりJSPM標準引張試験片（圧縮体密度
6.8g/cm³）を成形し、分解アンモニアガス雰囲気中で焼
結した。得られた焼結品を、不酸化雰囲気中で加熱（85
0×30分間）し、オイル中に投入（油焼入）し、170℃×
90分で焼戻しすることにより熱処理を施した。これによ
り得られた試験片の引張強さを調べた。結果を図のグラ
フに示す。グラフにより、実施例１〜４の焼結用粉末に
より製造した熱処理材の引張強さは、比較例１及び２の
ものと比べて、同等またはそれ以上であることが明らか
である。

（発明の効果）本発明の焼結用粉末は、モリブデン、マンガン、炭素及
び鉄からなる合金粒子の表面に銅粒子が特定の形態で付
着してなり、銅は合金粉末と完全には合金化していない
ため、銅により合金粉末自体の硬度が高くなることはな
く、従って圧縮性が良好である。しかも、本発明の焼結
用粉末はコストも低く、これにより製造された焼結部品
は、引張強さ、特に熱処理した材料の引張強さが優れて
いる。従って、本発明の焼結用粉末は、熱処理を施す部
材の製造用原料として特に適している。

また、本発明の高圧縮性焼結用粉末は、所定性状の合金
粒子と所定性状の銅または銅酸化物の粒子とを均一に混
合し、次いで銅粒子を使用するかまたは銅酸化物粒子を
使用するかによって加熱処理条件を適宜選択することに
より、前述の本発明の高圧縮性焼結用粉末を簡便迅速且
つ容易に得ることができる。従って、本発明の高圧縮性
焼結用粉末を低コストで供給することが可能である。

【図面の簡単な説明】図は、本発明の実施例１ないし４並びに比較例１及び２
により製造された成形品の密度及び引張試験の結果を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モリブデン（Mo）0.2〜1.4重量％、マンガ
ン（Mn）0.05〜0.25重量％、銅（Cu）粒子0.5〜５重量
％、炭素（Ｃ）0.1重量％以下、及び不純物を含む残部
鉄（Fe）からなり、上記組成のうち、銅を除く成分から
なる合金粒子に銅粒子が付着してなり、そして上記銅粒子の平均粒子径は上記合金粒子の平均粒子径の
1/5以下であり且つ上記銅粒子は上記合金粒子との接合
部のみが合金化した状態で上記合金粒子の表面に融着し
ていることを特徴とする高圧縮性焼結用粉末。
【請求項２】モリブデン（Mo）0.2〜1.4重量％、マンガ
ン（Mn）0.05〜0.25重量％、銅（Cu）粒子0.5〜５重量
％、炭素（Ｃ）0.1重量％以下、及び不純物を含む残部
鉄（Fe）からなり、上記組成のうち、銅を除く成分から
なる合金粒子に銅粒子が付着してなり、そして上記銅粒子の平均粒子径は上記合金粒子の平均粒子径の
1/5以下であり且つ上記銅粒子は上記合金粒子との接合
部のみが合金化した状態で上記合金粒子の表面に融着し
ている高圧縮性焼結用粉末の製造方法であって、上記合金粒子と、平均粒子径が上記合金粒子の平均粒子
径の1/5以下である銅または銅酸化物の粒子とを均一に
混合し、次いで不酸化性または還元性雰囲気下で加熱処
理を施すことを特徴とする高圧縮性焼結用粉末の製造方
法。