JPH073378A

JPH073378A - 被削性に優れた焼結材料

Info

Publication number: JPH073378A
Application number: JP6028449A
Authority: JP
Inventors: Tadataka Kaneko; 忠孝金子; Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋; Hiroshi Okajima; 博司岡島; Naomichi Akimoto; 直道秋元; Hideki Kato; 秀樹加藤; Takashi Maejima; 隆前島; Eiji Noto; 映司能登; Hiroyasu Nishimura; 演泰西村
Original assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-01-06
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3153066B2

Abstract

(57)【要約】【目的】硬さおよび強度等を低下させずに被削性を向
上させた焼結材料【構成】Ｃｏ粉、Ｃｕ粉またはＮｉ粉等を混合した鉄
系原料粉末に、セピオライト、アタプルジャイト、ゼオ
ライト粉末の１種以上を合計で３重量％以下、あるい
は、セピオライト、アタプルジャイト、ゼオライト粉末
の１種以上とさらにセリサイト、タルク、ＢＮの粉末１
種以上を合計で３重量％以下、またはセピオライト、ア
タプルジャイト粉末とタルクおよびＢＮの１種以上を各
々０．５重量％以下でかつ合計で１％以下を混合して常
法に従い焼結した。その結果、焼結材料の硬さ、圧環強
度を低下することなく被削性を向上することができた。
詳細な作用は不明であるが、結晶構造が層状の層間化合
物であるためと思われる。また、セピオライトをタルク
やＢＮと混合添加するとタルクやＢＮの添加による材料
特性の劣化を抑え、被削性向上の効果が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は硬さおよび強度を低下さ
せずに切削性を改善した被削性に優れた焼結材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】焼結機械部品は、切削加工工程の省略、
材料の節約等の経済的効果が大きく、自動車、精密機械
および家庭用電気器具などにおける適用の度合いが近年
著しく増進しているが、形状が複雑な場合や高い寸法精
度が要求される場合などにも適用されるようになって、
焼結部品においても切削加工が必要とされるようになっ
ている。

【０００３】しかしながら、焼結機械部品は溶製材料と
違って内部に空孔が存在するため切削加工する際に断続
切削になること、および空孔が保温の役目を果たし熱伝
導を阻み、その結果切削工具の温度が高くなることか
ら、切削工具の寿命が短く、被削性の改善が要望されて
いた。

【０００４】そこで、焼結材の被削性を改善するため、
ガラス粉、タルク、ＢＮが添加されている。例えば、特
開昭６３−９３４８２号の快削焼結材の発明では金属粉
末に非金属粉末であるガラス、窒化硼素、タルク等を混
合して焼結させて工具寿命を向上し被削性を改善してい
る。焼結材にガラス粉、タルク、ＢＮを添加した論文と
して、「複合型合金粉焼結材の被削性改善」（日本機械
学会東海支部三重地方講演会講演論文集、’９２．７．
１７．Ｎｏ．９２３−２）がある。

【０００５】また、米国特許Ｎｏ．５０４１１５８（Ａ
ｕｇ．２０，１９９１）では、焼結材中にタルクを含有
させる（０．７５〜７．０％）ことにより凝着摩耗を改
善しており、特開平１−２５５６０４号公報の鉄基混合
粉の発明では、平均粒径８〜２０μｍのタルク粉末を鉄
系原料粉末に配合し、機械的性質を従来の鉄粉と同等に
保ちながら、被削性に優れた焼結機械部品を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ごとく鉄系原料粉末に非金属材料であるガラス粉、タル
ク、ＢＮ等を添加する場合は、被削性は向上するもの
の、硬度の低下、衝撃値の劣化等により焼結材の機械的
強度が劣化するという問題点がある。

【０００７】本発明は、鉄系原料粉末に非金属材料を添
加して被削性を改善した焼結材料の前記のごとき問題点
を解決すべくなされたものであって、硬度や引張強さ等
の機械的性質を劣化させることなく切削性を改善するこ
とのできる被削性に優れた焼結材料を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前記のごと
き問題点を解決するため、種々の非金属材料について添
加の効果について検討を重ねた。その結果、セピオライ
ト、アタプルジャイトまたはゼオライトの１種以上を３
重量％以下、あるいはさらにこれにセリサイト、タルク
またはＢＮの１種以上を合計で３％重量比以下、あるい
はセピオライト、アタプルジャイトの１種以上およびタ
ルク、ＢＮの１種以上を各々０．５重量％以下でかつ合
計で１重量％以下含有させると、機械的強度を劣化させ
ることなく被削性を改善できることを新たに知見して本
発明を完成した。

【０００９】本発明の請求項１の被削性に優れた焼結材
料は、セピオライト、アタプルジャイト、ゼオライトの
１種以上を合計で３重量％以下含有することを要旨とす
る。また、本発明の請求項２の被削性に優れた焼結材料
は、セピオライト、アタプルジャイト、ゼオライトの１
種以上と、さらにセリサイト、タルク、ＢＮの１種以上
を合計で合計で３重量％以下含有することを要旨とす
る。さらに、本発明の請求項３の被削性に優れた焼結材
料はセピオライト、アダプルジャイトの１種以上および
タルク、ＢＮの１種以上を各々０．５重量％以下でかつ
合計で１重量％以下含有することを要旨とする。

【００１０】セピオライト（海泡石）およびアタプルジ
ャイトは、素地に分散し被削性を向上させる効果があ
る。被削性向上効果は含有量が増すと共に大きくなる
が、重量比で３％を越えると、例えば添加したグラファ
イト粉を焼結時に吸着する等の問題が発生し、材料特性
が低下する。また、タルクまやＢＮを含有させることに
よる材料特性の劣化を抑制する作用がある。セピオライ
トとアタプルジャイトは同組成の物質だが結晶構造がセ
ピオライトが層状なのに対してアタプルジャイトは鎖状
である。

【００１１】セリサイトは絹雲母ともいい、素地に分散
し被削性を向上させる効果がある。ただし、重量比で３
％を越えると、例えば添加したグラファイト粉を焼結時
に吸着する等の問題が発生し、材料特性が低下する。

【００１２】ゼオライトは沸石ともいい、素地に分散し
被削性を向上させる効果がある。被削性向上効果は含有
量が増すと共に大きくなるが、重量比で３％を越える
と、例えば添加したグラファイト粉を焼結時に吸着する
等の問題が発生し、材料特性が低下する。

【００１３】タルクは滑石ともいい、単体で添加すると
素地に分散し被削性を向上させる効果があるが、圧環強
度等の材料特性が低下する。しかし、セピオライト、ア
タプルジャイトと共に添加するときは、タルク添加によ
る材料特性の低下を抑制することができ、その抑制効果
は含有量０．５重量％までは大きい。

【００１４】ＢＮは単体で添加すると素地に分散し被削
性を向上させる効果があるが、圧環強度等の材料特性が
低下する。しかし、セピオライト、アタプルジャイトと
共に添加するときは、含有量が０．５重量％を越えるま
で材料特性の低下を抑制することができる。また、セピ
オライト、アタプルジャイトの１種以上とタルクおよび
ＢＮの１種以上を、重量比総量で１％を越えて含有した
場合も圧環強度等の材料特性が低下する。セピオライ
ト、アタプルジャイト、ゼオライトの１種以上、または
セピオライト、アタプルジャイト、ゼオライトの１種以
上とさらにセリサイト、タルク、ＢＮの１種以上、また
はセピオライト、アタプルジャイトの１種以上およびタ
ルク、ＢＮの２種以上は合計で０．０１％以下ではあま
り効果が得られない。

【００１５】

【作用】本発明の被削性に優れた焼結材料は、セピオラ
イト、アタプルジャイト、ゼオライトの１種以上を合計
で３重量％以下、あるいは、セピオライト、アタプルジ
ャイト、ゼオライトの１種以上とさらにセリサイト、タ
ルク、ＢＮの１種以上を合計で３重量％以下、またはセ
ピオライト、アタプルジャイトの１種以上およびタル
ク、ＢＮの１種以上を各々０．５重量％以下でかつ合計
で１重量％以下を含有させたので、焼結材料の硬さ、強
度を低下することなく被削性を向上することができる。
詳細な作用は不明であるが、結晶構造が層状の層間化合
物であるためと思われる。また、セピオライト、アタプ
ルジャイトをタルクやＢＮと混合添加するとタルクやＢ
Ｎの添加による材料特性の劣化を抑え、被削性向上の効
果は維持する。なお、セピオライト、アタプルジャイ
ト、ゼオライトまたはセリサイトは、従来の快削成分で
あるＢＮに比べるとよりコストが安い。

【００１６】本発明において、セピオライト、アタプル
ジャイト、ゼオライトの１種以上の含有量を合計で３重
量％以下、あるいは、セピオライト、ゼオライトの１種
または２種とセリサイトの含有量を合計で３重量％以下
としたのは、これら快削成分が３％を越えると焼結材料
の硬さや強度等の機械的性質が劣化するからである。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例を比較例と対比して説明
し、本発明の効果を明らかにする。原料粉末として、市
販の純鉄粉、市販の合金鋼粉（ＤＩＳＴＡＬＯＹＡ
Ｅ、Ｆｅ−４Ｎｉ−１．５Ｃｕ−０．５Ｍｏ）と、いず
れも粒度７５μｍ以下のＣｏ粉末、Ｃｕ粉末、セピオラ
イト粉末、セリサイト粉末、ゼオライト粉末、タルク粉
末、ＢＮ粉末、１５０μｍ以下の金属間化合物ＦｅＭｏ
粉、粒度２５μｍ以下の天然黒鉛粉末および潤滑剤ステ
アリン酸亜鉛粉末を用意し、これら原料粉末を表１〜表
５に示した組成になるように配合し、潤滑剤を０．８％
添加した後、混粉装置により混合を行った。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】なお、表１の実施例１〜７は純鉄粉に２．
０％のＣｕ粉末と０．５％の黒鉛粉末を添加したもの
に、セピオライト、セリサイト、ゼオライトを本発明の
組成範囲内で添加した本発明の実施例、表２の実施例８
〜１４は純鉄粉に１０％のＣｏ粉末、１．０％の黒鉛粉
末、１０％のＦｅＭｏ粉末を添加したものに、セピオラ
イト、セリサイト、ゼオライトを本発明の組成範囲内で
添加した本発明の実施例、表３の実施例１５〜２１は合
金鋼粉末に０．３％の黒鉛粉末を添加したものに、セピ
オライト、セリサイト、ゼオライトを本発明の組成範囲
内で添加した本発明の実施例である。

【００２４】表４の比較例１は表１の実施例１〜７に相
当する組成でセピオライト、セリサイト、ゼオライト等
を全く添加しなかった比較例、比較例２および比較例３
は表２の実施例８〜１４に相当する組成でセピオライ
ト、セリサイト、ゼオライト等を全く添加しなかった比
較例で、比較例３はＰｂを含浸させたもの、比較例４は
表３の実施例１５〜２１に相当する組成でセピオライ
ト、セリサイト、ゼオライト等を全く添加しなかった比
較例である。

【００２５】また、比較例５〜８は表１の実施例に相当
する組成のものにセピオライト、セリサイト、ゼオライ
トを本発明の組成範囲以上添加した比較例、比較例９〜
１２は表２の実施例に相当する組成のものにセピオライ
ト、セリサイト、ゼオライトを本発明の組成範囲以上添
加した比較例、比較例１３〜１６は表３の実施例に相当
する組成のものにセピオライト、セリサイト、ゼオライ
トを本発明の組成範囲以上添加した比較例である。表５
の比較例１７〜２０は表２の実施例に相当する組成のも
のにタルクまたはＢＮを添加した比較例である。

【００２６】この混合粉で７００ＭＰａの成形圧力によ
り、各種試験片圧粉体を成形した。成形した圧粉体を還
元性雰囲気中で１４９３Ｋの温度で９００秒保持し、焼
結を行った。なお、焼結した試験片のうち比較例３はＰ
ｂ溶浸を行った。

【００２７】得られた各試験片は、硬さ、圧環強度、切
削抵抗を測定し、得られた結果は表６〜表９に示した。
なお、切削抵抗を測定した時の試験条件は以下に示す通
りである。試験片形状：外径３０ｍｍ、内径１６ｍｍ、
厚さ７ｍｍ試験機：旋盤切削工具（チップ）：ｃＢＮチップ切削液：なし試験条件：切削速度９５ｍ／ｍｉｎ、送り
０．０４８ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．５ｍｍ測定器：切削動力計

【００２８】

【表６】

【００２９】

【表７】

【００３０】

【表８】

【００３１】

【表９】

【００３２】実施例１〜７と比較例１、実施例８〜１４
と比較例２、および実施例１５〜２１と比較例４を対比
すると明らかなように、本発明の実施例は硬さおよび圧
環強度という材料特性は殆ど変化しないか、使用上問題
ない程度の変化であるにも係わらず、本発明の効果によ
り切削抵抗は大きく低下し、その低下割合は規定した範
囲内において添加量が多くなる程大きいことが判明し
た。また、今回添加した快削成分には特に大きな有意差
は認められない。

【００３３】逆に比較例５〜１６のように３％を越えて
快削化成分を添加すると、実施例１〜２１に比較し切削
抵抗は低下するが、切削抵抗の低下の割に材料特性の低
下が大きい。また、今回添加した快削成分には特に大き
な有意差は認められない。

【００３４】比較例３は比較例２に鉛を含浸させた場合
であるが、実施例８〜１４と比較すると明らかなよう
に、本発明の効果は鉛の含浸と同等の切削抵抗低下の効
果がある。材料特性が向上しているのは、鉛の含浸によ
り焼結材料特有の空孔が無くなったためである。

【００３５】比較例１７および比較例１９から明らかな
ように、タルクおよびＢＮを単体で添加すると、切削抵
抗があまり低下しないのに、硬さおよび圧環強度の低下
が大き過ぎる。また、比較例１８および比較例２０では
タルクおよびＢＮを実施例の場合と同量添加すると、本
製造条件では、黒鉛の拡散を阻害し、充分な強度を有す
る組織が得難い。

【００３６】（実施例２）原料粉末として、市販の純鉄
粉と、いずれも粒度７５μｍ以下のＣｏ粉末、セピオラ
イト粉末、タルク粉末、ＢＮ粉末、１５０μｍ以下の金
属間化合物ＦｅＭｏ粉、粒度２５μｍ以下の天然黒鉛粉
末および潤滑剤ステアリン酸亜鉛粉末を用意し、これら
原料粉末を表１０〜表１１に示した組成になるように配
合し、潤滑剤を０．８％添加した後、混粉装置により混
合を行った。

【００３７】

【表１０】

【００３８】

【表１１】

【００３９】なお、表１０の実施例２２〜２７は純鉄粉
に１０％のＣｏ粉末と１．０％の黒鉛粉末と、１０％の
ＦｅＭｏ粉末を添加したものに、セピオライト、タル
ク、ＢＮを本発明の組成範囲内で添加した本発明の実施
例である。一方、表１１の比較例は、純鉄粉に１０％の
Ｃｏ粉末と１．０％の黒鉛粉末と、１０％のＦｅＭｏ粉
末を添加したものに、比較例２１はセピオライト、タル
クおよびＢＮを全く添加しないものであり、比較例２２
はセピオライトのみ０．３０％添加したものであり、比
較例２３はタルクのみ０．３０％添加したものであり、
比較例２４はＢＮのみ０．３０％添加したものであり、
比較例２５はセピオライト、タルクおよびＢＮを各０．
８０％添加したものである。

【００４０】この混合粉で７００ＭＰａの成形圧力によ
り、各種試験片圧粉体を成形した。成形した圧粉体を還
元性雰囲気中で１４９３Ｋの温度で１２００秒保持し、
焼結を行った。得られた各試験片は、圧環強度および２
００回切削後の工具摩耗量を測定し、得られた結果は表
１２に示した。なお、工具摩耗量をを測定した時の試験
条件は以下に示す通りである。試験片形状：外径３０ｍｍ、内径１６ｍｍ、
厚さ７ｍｍ試験機：旋盤切削工具（チップ）：ｃＢＮチップ切削液：なし試験条件：切削速度９５ｍ／ｍｉｎ、送り
０．０４８ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．５ｍｍ切削回数：２００回

【００４１】

【表１２】＊１：比較例１を１００とする相対表示＊２：本製造条件では、黒鉛の拡散を阻害し、充分な強
度を有する組織が得難い。

【００４２】実施例２２、２４、２６と比較例２１から
明らかなように、圧環強度の変化は殆どないにもかかわ
らず、実施例２２、２４、２６は本発明の効果により工
具摩耗量が７４、８８、８４と少なくなっている。ま
た、セピオライトまたはタルク等の添加量が同量である
実施例２４と比較例２２および実施例２６と比較例２２
から、セピオライトは単体で添加するより複合で添加し
た方が効果が大きいことがわかる。

【００４３】実施例２２と２３、実施例２４と２５、実
施例２６と２７および比較例２３、２４から、本発明の
効果は、添加量の増加により増すことがわかると共に、
タルクやＢＮを単体で添加した場合は、工具摩耗量は低
下しているが、圧環強度も低下している。その結果、セ
ピオライトを複合添加すれば、タルクやＢＮの添加によ
る材料特性の劣化を抑え、被削性向上効果が維持される
ことが判明し本発明の効果が確認された。

【００４４】

【発明の効果】本発明の被削性に優れた焼結材料は以上
説明したにように、セピオライト、アタプルジャイト、
ゼオライトの１種以上を合計で３重量％以下、あるい
は、セピオライト、アタプルジャイト、ゼオライトの１
種以上とさらにセリサイト、タルク、ＢＮの１種以上を
合計で３重量％以下、またはセピオライト、アタプルジ
ャイトの１種以上およびタルク、ＢＮの１種以上を各々
０．５重量％以下でかつ合計で１重量％以下を含有させ
たので、焼結材料の硬さ、強度を低下することなく被削
性を向上することができる。詳細な作用は不明である
が、結晶構造が層状の層間化合物であるためと思われ
る。また、セピオライト、アタプルジャイトをタルクや
ＢＮと混合添加するとタルクやＢＮの添加による材料特
性の劣化を抑え、被削性向上の効果が維持される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋義孝愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者岡島博司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者秋元直道愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者加藤秀樹京都市山科区栗栖野狐塚５の１日本粉末合金株式会社内 (72)発明者前島隆京都市山科区栗栖野狐塚５の１日本粉末合金株式会社内 (72)発明者能登映司京都市山科区栗栖野狐塚５の１日本粉末合金株式会社内 (72)発明者西村演泰京都市山科区栗栖野狐塚５の１日本粉末合金株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セピオライト、アタプルジャイト、ゼオ
ライトの１種以上を合計で３重量％以下含有することを
特徴とする被削性に優れた焼結材料。
【請求項２】セピオライト、アタプルジャイト、ゼオ
ライトの１種以上と、さらにセリサイト、タルク、ＢＮ
の１種以上を合計で３重量％以下含有することを特徴と
する被削性に優れた焼結材料。
【請求項３】セピオライト、アタプルジャイトの１種
以上およびタルク、ＢＮの１種以上を各々０．５重量％
以下でかつ合計で１重量％以下含有することを特徴とす
る被削性に優れた焼結材料。