JPH09310143A - 金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法 - Google Patents
金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法Info
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- JPH09310143A JPH09310143A JP12312896A JP12312896A JPH09310143A JP H09310143 A JPH09310143 A JP H09310143A JP 12312896 A JP12312896 A JP 12312896A JP 12312896 A JP12312896 A JP 12312896A JP H09310143 A JPH09310143 A JP H09310143A
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- iron
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄系の金属粉末射出成形焼結材料の耐摩耗性
を改善する。 【解決手段】 金属粉末射出成形焼結用の鉄系のベース
金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分散す
る。鉄系のベース金属粉末は、ステンレス鋼、純鉄、ニ
ッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモリブデン鋼か
ら選択された１種又は２種以上である。硬質粒子はチタ
ンナイトライド（ＴｉＮ）、クロムナイトライド（Ｃｒ
Ｎ）等のセラミック材料又は金属間化合物から選択され
る。
を改善する。 【解決手段】 金属粉末射出成形焼結用の鉄系のベース
金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分散す
る。鉄系のベース金属粉末は、ステンレス鋼、純鉄、ニ
ッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモリブデン鋼か
ら選択された１種又は２種以上である。硬質粒子はチタ
ンナイトライド（ＴｉＮ）、クロムナイトライド（Ｃｒ
Ｎ）等のセラミック材料又は金属間化合物から選択され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属粉末射出成
形焼結材料、特に、硬質粒子を添加しかつ耐摩耗性に優
れた鉄系の金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出
成形焼結品の製造方法に関するものである。
形焼結材料、特に、硬質粒子を添加しかつ耐摩耗性に優
れた鉄系の金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出
成形焼結品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属の加工法には、鍛造、プレス成形、
切削、粉末冶金、ロストワックス、鋳造等種々の方法が
あるのに対し、プラスチック又はセラミックの一部の加
工方法に比較的新しい射出成形が採用され、複雑な形状
の成形品を製造することができる。金属粉末射出成形法
（Metal Injection Molding Process又はＭＩＭ）は、
複雑な形状の部品をプラスチックと同じように金属で射
出成形する新しい加工方法であり、射出成形と粉末冶金
とを組み合わせた新しい金属加工方法である。ＭＩＭ加
工法は高精度でかつ安価に金属の複雑な形状の部品を製
造できる大きな利点があり今後の発展が期待されてい
る。金属粉末射出成形法では、まず金属粉末（コンパウ
ンド）に４０〜５０容積％の有機バインダを混合して流
動性を付与して混練した後、混合物をペレット状に形成
又は粉砕し、ペレット状の混合物を射出成形機により成
形型のキャビティ内に圧入して、成形体を形成する。得
られた成形体を脱脂し、焼結して最終の製品を得る。粉
末冶金の平均粒子径が８０μｍで焼結密度が８５％であ
るのに対し、金属粉末射出成形法では、焼結密度９８％
の高焼結密度の製品が得られるが、成形時のコンパウン
ドの流動性と高密度の焼結体を得るため、平均粒子径１
０μｍ程度の非常に微細な金属粉末を使用する。しかし
ながら、従来の金属粉末射出成形法では、硬質粒子の添
加による特性改善はあまり研究されなかった。
切削、粉末冶金、ロストワックス、鋳造等種々の方法が
あるのに対し、プラスチック又はセラミックの一部の加
工方法に比較的新しい射出成形が採用され、複雑な形状
の成形品を製造することができる。金属粉末射出成形法
（Metal Injection Molding Process又はＭＩＭ）は、
複雑な形状の部品をプラスチックと同じように金属で射
出成形する新しい加工方法であり、射出成形と粉末冶金
とを組み合わせた新しい金属加工方法である。ＭＩＭ加
工法は高精度でかつ安価に金属の複雑な形状の部品を製
造できる大きな利点があり今後の発展が期待されてい
る。金属粉末射出成形法では、まず金属粉末（コンパウ
ンド）に４０〜５０容積％の有機バインダを混合して流
動性を付与して混練した後、混合物をペレット状に形成
又は粉砕し、ペレット状の混合物を射出成形機により成
形型のキャビティ内に圧入して、成形体を形成する。得
られた成形体を脱脂し、焼結して最終の製品を得る。粉
末冶金の平均粒子径が８０μｍで焼結密度が８５％であ
るのに対し、金属粉末射出成形法では、焼結密度９８％
の高焼結密度の製品が得られるが、成形時のコンパウン
ドの流動性と高密度の焼結体を得るため、平均粒子径１
０μｍ程度の非常に微細な金属粉末を使用する。しかし
ながら、従来の金属粉末射出成形法では、硬質粒子の添
加による特性改善はあまり研究されなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、製品の所望の形
状に近い形状が得られるプレス成形法による粉末冶金法
では、従来より硬質粒子を添加・分散させた耐摩耗材が
実用化されている。粉末冶金法では、ミクロンオーダま
では分散する硬質粒子の粒子径を小さくするほど、耐摩
耗性が向上するため、微細な硬質粒子を分散することが
好ましい。しかしながら、粉末冶金法では、材料中に存
在する空孔の為に、密度が低下し、溶製材に比べ機械的
性質が劣る傾向にあった。一般的にプレス成形法に適す
るベース金属の平均粒径１４０μｍ以下であり、このよ
うな平均粒径のベース金属の粉末中に平均粒径１０μｍ
以下の硬質粒子を添加するので、ベース金属粉末の平均
粒径と添加する硬質粒子の平均粒径との差が大きい。こ
のため、製品の摺動動作時に、図５に示すように硬質粒
子５がベース金属６から脱落することが多く、耐摩耗性
を十分に向上させることができなかった。この場合、ベ
ース金属から脱落した硬質粒子が研磨粉となり、逆に摩
耗量を増大させる悪影響もあった。他面、硬質粒子の平
均粒径と同等程度の平均粒径のベース金属粉末でプレス
成形すると、硬質粒子及びベース金属の金属粉末間の機
械的密着力が小さくなり、製品が脆弱化し、保形性が悪
く、生産工程上種々のトラブルが発生する。この発明
は、硬質粒子を添加することにより耐摩耗性に優れた鉄
系の金属粉末射出成形材料を提供することを目的とす
る。
状に近い形状が得られるプレス成形法による粉末冶金法
では、従来より硬質粒子を添加・分散させた耐摩耗材が
実用化されている。粉末冶金法では、ミクロンオーダま
では分散する硬質粒子の粒子径を小さくするほど、耐摩
耗性が向上するため、微細な硬質粒子を分散することが
好ましい。しかしながら、粉末冶金法では、材料中に存
在する空孔の為に、密度が低下し、溶製材に比べ機械的
性質が劣る傾向にあった。一般的にプレス成形法に適す
るベース金属の平均粒径１４０μｍ以下であり、このよ
うな平均粒径のベース金属の粉末中に平均粒径１０μｍ
以下の硬質粒子を添加するので、ベース金属粉末の平均
粒径と添加する硬質粒子の平均粒径との差が大きい。こ
のため、製品の摺動動作時に、図５に示すように硬質粒
子５がベース金属６から脱落することが多く、耐摩耗性
を十分に向上させることができなかった。この場合、ベ
ース金属から脱落した硬質粒子が研磨粉となり、逆に摩
耗量を増大させる悪影響もあった。他面、硬質粒子の平
均粒径と同等程度の平均粒径のベース金属粉末でプレス
成形すると、硬質粒子及びベース金属の金属粉末間の機
械的密着力が小さくなり、製品が脆弱化し、保形性が悪
く、生産工程上種々のトラブルが発生する。この発明
は、硬質粒子を添加することにより耐摩耗性に優れた鉄
系の金属粉末射出成形材料を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を達成するための手段】この発明による金属粉末
射出成形焼結材料は、金属粉末射出成形焼結用の鉄系の
ベース金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分
散する。鉄系のベース金属粉末は、ステンレス鋼、純
鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモリブデ
ン鋼から選択された１種又は２種以上である。硬質粒子
はチタンナイトライド（ＴｉＮ）、クロムナイトライド
（ＣｒＮ）等のセラミック材料又は金属間化合物から選
択される。硬質粒子の添加量は３.０重量％に満たない
と、耐摩耗性向上の効果が現れないが、３.０重量％を
以上では基本的に添加量が多いほど耐摩耗性が向上す
る。しかしながら、硬質粒子の添加量が６％を越える
と、自身の耐摩耗性が高くなるが、相手への攻撃性が強
くなり、射出成形機の射出ノズルの損傷が著しく増加す
る。このため、硬質粒子の添加量は３.０〜６.０重量％
の範囲がよい。鉄系のベース金属粉末の平均粒径は硬質
粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍であり、かつ６０μ
ｍ以下である。硬質粒子径と鉄系のベース金属粉末との
関係は、添加する硬質粒子の粒径に比べてベース金属粉
末の粒径が大き過ぎると、摺動時にベース金属から硬質
粒子が脱落して、耐摩耗性の改善効果が見られない。硬
質粒子の脱落が起こりにくく、かつ射出成形時の粉末の
流動性を確保する為には、鉄系のベース金属粉末の粒径
は添加する硬質粒子の粒径の１.０〜４.０倍の大きさに
する。また、ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、射
出成形時にペレット化した材料の流動性が低下するの
で、ベース金属粉末の平均粒径の上限は６０μｍであ
る。この発明による金属粉末射出成形焼結品の製造方法
は、金属粉末射出成形用の鉄系のベース金属粉末中に
３.０〜６.０重量％の硬質粒子を混合し分散させ、金属
粒子混合物を形成する工程と、金属粒子混合物にバイン
ダを混合して混練することにより硬質粒子を均一に分散
する工程と、射出成形機を用いて得られた粉末混合体を
射出成形し、成形体を形成する工程と、成形体を加熱し
て成形体中の溶媒及び結合材を抽出する工程と、成形体
を窒素ガス雰囲気中で加熱し、焼結する工程と、焼結し
た成形体を機械加工する工程とを含む。この金属粉末射
出成形焼結品の製造方法は、毎秒絶対温度０.１６７Ｋ
の加熱速度で１６２３Ｋまで加熱して焼結する工程又は
ベース金属粉末を平均粒径２８〜４０μｍに形成する工
程を含んでもよい。
射出成形焼結材料は、金属粉末射出成形焼結用の鉄系の
ベース金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分
散する。鉄系のベース金属粉末は、ステンレス鋼、純
鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモリブデ
ン鋼から選択された１種又は２種以上である。硬質粒子
はチタンナイトライド（ＴｉＮ）、クロムナイトライド
（ＣｒＮ）等のセラミック材料又は金属間化合物から選
択される。硬質粒子の添加量は３.０重量％に満たない
と、耐摩耗性向上の効果が現れないが、３.０重量％を
以上では基本的に添加量が多いほど耐摩耗性が向上す
る。しかしながら、硬質粒子の添加量が６％を越える
と、自身の耐摩耗性が高くなるが、相手への攻撃性が強
くなり、射出成形機の射出ノズルの損傷が著しく増加す
る。このため、硬質粒子の添加量は３.０〜６.０重量％
の範囲がよい。鉄系のベース金属粉末の平均粒径は硬質
粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍であり、かつ６０μ
ｍ以下である。硬質粒子径と鉄系のベース金属粉末との
関係は、添加する硬質粒子の粒径に比べてベース金属粉
末の粒径が大き過ぎると、摺動時にベース金属から硬質
粒子が脱落して、耐摩耗性の改善効果が見られない。硬
質粒子の脱落が起こりにくく、かつ射出成形時の粉末の
流動性を確保する為には、鉄系のベース金属粉末の粒径
は添加する硬質粒子の粒径の１.０〜４.０倍の大きさに
する。また、ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、射
出成形時にペレット化した材料の流動性が低下するの
で、ベース金属粉末の平均粒径の上限は６０μｍであ
る。この発明による金属粉末射出成形焼結品の製造方法
は、金属粉末射出成形用の鉄系のベース金属粉末中に
３.０〜６.０重量％の硬質粒子を混合し分散させ、金属
粒子混合物を形成する工程と、金属粒子混合物にバイン
ダを混合して混練することにより硬質粒子を均一に分散
する工程と、射出成形機を用いて得られた粉末混合体を
射出成形し、成形体を形成する工程と、成形体を加熱し
て成形体中の溶媒及び結合材を抽出する工程と、成形体
を窒素ガス雰囲気中で加熱し、焼結する工程と、焼結し
た成形体を機械加工する工程とを含む。この金属粉末射
出成形焼結品の製造方法は、毎秒絶対温度０.１６７Ｋ
の加熱速度で１６２３Ｋまで加熱して焼結する工程又は
ベース金属粉末を平均粒径２８〜４０μｍに形成する工
程を含んでもよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、この発明による金属粉末射
出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法
の実施形態について説明する。この発明による金属粉末
射出成形焼結材料は、金属粉末射出成形焼結用の鉄系の
ベース金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分
散する。鉄系のベース金属粉末は、炭素（Ｃ）０.３９
８％、珪素（Ｓｉ）０.３０％、マンガン（Ｍｎ）０.６
８％、クロム（Ｃｒ）１.１％、モリブデン（Ｍｏ）０.
２４％、ニッケル（Ｎｉ）０.１４％、硫黄（Ｓ）０.０
１０％、酸素（Ｏ）０.０８６％、残部鉄からなる射出
成形用のクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ Ｇ
４１０５）を使用する。クロムモリブデン鋼の代わり
に、ステンレス鋼、純鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含
有鉄、クロムモリブデン鋼から選択された１種又は２種
以上を鉄系のベース金属粉末として使用してもよい。ベ
ース金属粉末は平均粒径２８〜４０μｍに形成される。
硬質粒子は、重量基準で鉄（Ｆｅ）０.０７％、窒素
（Ｎ）２２.１４％、酸素（Ｏ）０.４５％、残部チタン
（Ｔｉ）からなるチタンナイトライド（ＴｉＮ）を使用
する。しかしながら、チタンナイトライド（ＴｉＮ）の
代わりに、クロムナイトライド（ＣｒＮ）等のセラミッ
ク材料又は金属間化合物から選択してもよい。硬質粒子
の添加量は３.０重量％に満たないと、耐摩耗性向上の
効果が現れないが、３.０重量％以上では基本的に添加
量が多いほど耐摩耗性が向上する。硬質粒子の添加量が
６％を越えると、自身の耐摩耗性が高くなるが、相手へ
の攻撃性が強くなり、射出成形機の射出ノズルの損傷が
著しく増加する。このため、硬質粒子の添加量は３.０
〜６.０重量％の範囲がよい。鉄系のベース金属粉末の
平均粒径は硬質粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍であ
りかつ６０μｍ以下である。硬質粒子径と鉄系のベース
金属粉末との関係は、添加する硬質粒子の粒径に比べて
ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、図５に示すよう
にベース金属粉末６の間で硬質粒子５が凝集し、摺動時
にベース金属粉末６から硬質粒子５が脱落して、耐摩耗
性の改善効果が見られない。硬質粒子の脱落が起こりに
くく、かつ射出成形時の粉末の流動性を確保する為に
は、鉄系のベース金属粉末の粒径は添加する硬質粒子の
粒径の１.０〜４.０倍の大きさにする。これにより、図
４に示すように、硬質粒子５をベース金属粉末６と確実
に接触させることができ、硬質粒子の脱落が抑制され
る。また、ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、射出
成形時にペレット化した材料の流動性が低下するので、
ベース金属粉末の平均粒径の上限は６０μｍである。こ
の発明による金属粉末射出成形焼結品の製造方法は、金
属粉末射出成形焼結用の鉄系のベース金属粉末中に３.
０〜６.０重量％の硬質粒子を混合し分散させ、金属粒
子混合物を形成する工程と、金属粒子混合物にバインダ
を混合して混練する工程と、射出成形機を用いて得られ
た粉末混合体を射出成形し、成形体を形成する工程と、
成形体を加熱して成形体中の溶媒及び結合材を抽出する
工程と、成形体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、焼結する
工程と、焼結した成形体を機械加工する工程とを含む。
この金属粉末射出成形焼結品の製造方法は、毎秒絶対温
度０.１６７Ｋの加熱速度で１６２３Ｋまで加熱して焼
結する工程を含んでもよい。
出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法
の実施形態について説明する。この発明による金属粉末
射出成形焼結材料は、金属粉末射出成形焼結用の鉄系の
ベース金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を分
散する。鉄系のベース金属粉末は、炭素（Ｃ）０.３９
８％、珪素（Ｓｉ）０.３０％、マンガン（Ｍｎ）０.６
８％、クロム（Ｃｒ）１.１％、モリブデン（Ｍｏ）０.
２４％、ニッケル（Ｎｉ）０.１４％、硫黄（Ｓ）０.０
１０％、酸素（Ｏ）０.０８６％、残部鉄からなる射出
成形用のクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ Ｇ
４１０５）を使用する。クロムモリブデン鋼の代わり
に、ステンレス鋼、純鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含
有鉄、クロムモリブデン鋼から選択された１種又は２種
以上を鉄系のベース金属粉末として使用してもよい。ベ
ース金属粉末は平均粒径２８〜４０μｍに形成される。
硬質粒子は、重量基準で鉄（Ｆｅ）０.０７％、窒素
（Ｎ）２２.１４％、酸素（Ｏ）０.４５％、残部チタン
（Ｔｉ）からなるチタンナイトライド（ＴｉＮ）を使用
する。しかしながら、チタンナイトライド（ＴｉＮ）の
代わりに、クロムナイトライド（ＣｒＮ）等のセラミッ
ク材料又は金属間化合物から選択してもよい。硬質粒子
の添加量は３.０重量％に満たないと、耐摩耗性向上の
効果が現れないが、３.０重量％以上では基本的に添加
量が多いほど耐摩耗性が向上する。硬質粒子の添加量が
６％を越えると、自身の耐摩耗性が高くなるが、相手へ
の攻撃性が強くなり、射出成形機の射出ノズルの損傷が
著しく増加する。このため、硬質粒子の添加量は３.０
〜６.０重量％の範囲がよい。鉄系のベース金属粉末の
平均粒径は硬質粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍であ
りかつ６０μｍ以下である。硬質粒子径と鉄系のベース
金属粉末との関係は、添加する硬質粒子の粒径に比べて
ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、図５に示すよう
にベース金属粉末６の間で硬質粒子５が凝集し、摺動時
にベース金属粉末６から硬質粒子５が脱落して、耐摩耗
性の改善効果が見られない。硬質粒子の脱落が起こりに
くく、かつ射出成形時の粉末の流動性を確保する為に
は、鉄系のベース金属粉末の粒径は添加する硬質粒子の
粒径の１.０〜４.０倍の大きさにする。これにより、図
４に示すように、硬質粒子５をベース金属粉末６と確実
に接触させることができ、硬質粒子の脱落が抑制され
る。また、ベース金属粉末の粒径が大き過ぎると、射出
成形時にペレット化した材料の流動性が低下するので、
ベース金属粉末の平均粒径の上限は６０μｍである。こ
の発明による金属粉末射出成形焼結品の製造方法は、金
属粉末射出成形焼結用の鉄系のベース金属粉末中に３.
０〜６.０重量％の硬質粒子を混合し分散させ、金属粒
子混合物を形成する工程と、金属粒子混合物にバインダ
を混合して混練する工程と、射出成形機を用いて得られ
た粉末混合体を射出成形し、成形体を形成する工程と、
成形体を加熱して成形体中の溶媒及び結合材を抽出する
工程と、成形体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、焼結する
工程と、焼結した成形体を機械加工する工程とを含む。
この金属粉末射出成形焼結品の製造方法は、毎秒絶対温
度０.１６７Ｋの加熱速度で１６２３Ｋまで加熱して焼
結する工程を含んでもよい。
【０００６】
【実施例】重量基準で、炭素（Ｃ）０.３９８％、珪素
（Ｓｉ）０.３０％、マンガン（Ｍｎ）０.６８％、クロ
ム（Ｃｒ）１.１％、モリブデン（Ｍｏ）０.２４％、ニ
ッケル（Ｎｉ）０.１４％、硫黄（Ｓ）０.０１０％、酸
素（Ｏ）０.０８６％、残部鉄からなる射出成形用のク
ロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ Ｇ４１０５）
のベース金属粉末を準備した。ベース金属粉末の平均粒
径は１１.６５μｍであった。また、重量基準で鉄（Ｆ
ｅ）０.０７％、窒素（Ｎ）２２.１４％、酸素（Ｏ）
０.４５％、残部チタン（Ｔｉ）からなるチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）の硬質粒子を作製し、硬質粒子を添加
量０％、３％、６％及び９％の各割合で添加した。硬質
粒子の平均粒径は６.３６μｍであった。また、ベース
金属粉末の粒径と硬質粒子の関係を調べるために、前記
ベース金属粉末と同一組成の金属粉末をふるい分級し、
平均粒径２８〜４０μｍのベース金属粉末を作製して供
した。
（Ｓｉ）０.３０％、マンガン（Ｍｎ）０.６８％、クロ
ム（Ｃｒ）１.１％、モリブデン（Ｍｏ）０.２４％、ニ
ッケル（Ｎｉ）０.１４％、硫黄（Ｓ）０.０１０％、酸
素（Ｏ）０.０８６％、残部鉄からなる射出成形用のク
ロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ Ｇ４１０５）
のベース金属粉末を準備した。ベース金属粉末の平均粒
径は１１.６５μｍであった。また、重量基準で鉄（Ｆ
ｅ）０.０７％、窒素（Ｎ）２２.１４％、酸素（Ｏ）
０.４５％、残部チタン（Ｔｉ）からなるチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）の硬質粒子を作製し、硬質粒子を添加
量０％、３％、６％及び９％の各割合で添加した。硬質
粒子の平均粒径は６.３６μｍであった。また、ベース
金属粉末の粒径と硬質粒子の関係を調べるために、前記
ベース金属粉末と同一組成の金属粉末をふるい分級し、
平均粒径２８〜４０μｍのベース金属粉末を作製して供
した。
【０００７】金属粉末射出成形焼結材料から下記の方法
で摺動試験片を製造した。まず、クロムモリブデン鋼Ｓ
ＣＭ４４０に対し硬質粒子として０％、３％、６％及び
９％のチタンナイトライド（ＴｉＮ）の組成で、後述す
るクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０粉末とチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）硬質粒子粉末をバインダ（結合材）と
共にＶプレンダで１.８時間混練してペレット化した金
属粒子混合物を作った。更に、金属粒子混合物とバイン
ダを種々の粉末混合割合で混合し、撹拌機を用いて４２
３Ｋで９.０時間加熱混練し、粉末混合体を作った。バ
インダは、アタクチックポリプロピレン（ＡＰＰ）、パ
ラフィンワックス（ＰＷ）、カルナウバワックス（Ｃ
Ｗ）及びステアリン酸（ＳＡ）から成るワックス系バイ
ンダを用いた。次に、スクリュー径２８ｍｍ、型締め力
５０トンの横型射出成形機を用いて得られた粉末混合体
を射出成形し、９.２×９.２×４５.０ｍｍの成形体を
作製した。成形体の作成では、硬質粒子９％を添加した
粉末混合体は、射出成形時にノズルを損傷し、成形不能
であった。成形可能な限界から、硬質粒子の添加量上限
を６％とするのがよい。その後、有機溶剤であるヘプタ
ン気相中に成形体を絶対温度３５３Ｋで１８時間保持
し、ワックス成分を除去し、溶媒抽出を行った。続い
て、溶媒を抽出した成形体をアルミナ中に埋め込み、混
合ガス雰囲気で、絶対温度８７３Ｋまで毎秒絶対温度
０.６７Ｋの加熱速度で加熱し、加熱揮散処理を施すこ
とにより結合材を除去（脱バインダ処理）した後、毎秒
絶対温度０.１６７Ｋの加熱速度で１６２３Ｋまで加熱
し、３.６時間焼結を行った。焼結した試料を機械加工
して、平均表面粗さがＲａ＝０.３μｍになるまで摺動
面となる湾曲部を研磨し、図１に示すピン１とドラム３
を所定の形状に仕上げた。射出成形品以外の試験片も機
械加工により同じ形状に仕上げ、試験に供した。長さ約
２０ｍｍのピン１は１辺が５ｍｍのほぼ正方形断面を有
し、ドラム３に接触する先端に半径６ｍｍの湾曲部が形
成される。ドラム３は外径約４６ｍｍ、内径約３０ｍｍ
の円筒形で約４２ｍｍの長さを有する焼入れされた炭素
鋼Ｓ５３Ｃ（ＪＩＳ Ｇ４０５１）で、平均ビッカース
硬さＨｍｖ６５０を有し、面粗度Ｒａ＝０.３μｍで研
磨仕上げされる。
で摺動試験片を製造した。まず、クロムモリブデン鋼Ｓ
ＣＭ４４０に対し硬質粒子として０％、３％、６％及び
９％のチタンナイトライド（ＴｉＮ）の組成で、後述す
るクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０粉末とチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）硬質粒子粉末をバインダ（結合材）と
共にＶプレンダで１.８時間混練してペレット化した金
属粒子混合物を作った。更に、金属粒子混合物とバイン
ダを種々の粉末混合割合で混合し、撹拌機を用いて４２
３Ｋで９.０時間加熱混練し、粉末混合体を作った。バ
インダは、アタクチックポリプロピレン（ＡＰＰ）、パ
ラフィンワックス（ＰＷ）、カルナウバワックス（Ｃ
Ｗ）及びステアリン酸（ＳＡ）から成るワックス系バイ
ンダを用いた。次に、スクリュー径２８ｍｍ、型締め力
５０トンの横型射出成形機を用いて得られた粉末混合体
を射出成形し、９.２×９.２×４５.０ｍｍの成形体を
作製した。成形体の作成では、硬質粒子９％を添加した
粉末混合体は、射出成形時にノズルを損傷し、成形不能
であった。成形可能な限界から、硬質粒子の添加量上限
を６％とするのがよい。その後、有機溶剤であるヘプタ
ン気相中に成形体を絶対温度３５３Ｋで１８時間保持
し、ワックス成分を除去し、溶媒抽出を行った。続い
て、溶媒を抽出した成形体をアルミナ中に埋め込み、混
合ガス雰囲気で、絶対温度８７３Ｋまで毎秒絶対温度
０.６７Ｋの加熱速度で加熱し、加熱揮散処理を施すこ
とにより結合材を除去（脱バインダ処理）した後、毎秒
絶対温度０.１６７Ｋの加熱速度で１６２３Ｋまで加熱
し、３.６時間焼結を行った。焼結した試料を機械加工
して、平均表面粗さがＲａ＝０.３μｍになるまで摺動
面となる湾曲部を研磨し、図１に示すピン１とドラム３
を所定の形状に仕上げた。射出成形品以外の試験片も機
械加工により同じ形状に仕上げ、試験に供した。長さ約
２０ｍｍのピン１は１辺が５ｍｍのほぼ正方形断面を有
し、ドラム３に接触する先端に半径６ｍｍの湾曲部が形
成される。ドラム３は外径約４６ｍｍ、内径約３０ｍｍ
の円筒形で約４２ｍｍの長さを有する焼入れされた炭素
鋼Ｓ５３Ｃ（ＪＩＳ Ｇ４０５１）で、平均ビッカース
硬さＨｍｖ６５０を有し、面粗度Ｒａ＝０.３μｍで研
磨仕上げされる。
【０００８】最適な粒径の評価を行うため、前記と同一
の条件でベース粉末の粒径を２８〜４０μｍとして、硬
質粒子ＴｉＮ６％を添加した試料を作成した。比較品Pr
ess ３％ ＴｉＮとして、炭素（Ｃ）０.３９％、珪素
（Ｓｉ）０.９５％、マンガン（Ｍｎ）０.７５％、クロ
ム（Ｃｒ）１.０８％、モリブデン（Ｍｏ）０.３０％、
ニッケル（Ｎｉ）０.０８％、硫黄（Ｓ）０.０１％、残
部鉄からなる平均粒径２８〜４０μｍの通常の粉末冶金
用クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０、硬質粒子ＴｉＮ３
％と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０.５％とを添加し
てプレス成形し脱ロウ後１６２３Ｋで焼結し、比較用の
プレス成形用ＳＣＭ４４０材を作製した。また、比較品
Ｉ／Ｍとして、炭素（Ｃ）０.４０％、珪素（Ｓｉ）０.
２１％、マンガン（Ｍｎ）０.７９％、クロム（Ｃｒ）
１.０２％、モリブデン（Ｍｏ）０.１５％、ニッケル
（Ｎｉ）０.０７％、硫黄（Ｓ）０.０１％、残部鉄から
なる硬質粒子を添加しない溶製材クロムモリブデン鋼Ｓ
ＣＭ４４０耐摩耗性評価用試験片を作製した。
の条件でベース粉末の粒径を２８〜４０μｍとして、硬
質粒子ＴｉＮ６％を添加した試料を作成した。比較品Pr
ess ３％ ＴｉＮとして、炭素（Ｃ）０.３９％、珪素
（Ｓｉ）０.９５％、マンガン（Ｍｎ）０.７５％、クロ
ム（Ｃｒ）１.０８％、モリブデン（Ｍｏ）０.３０％、
ニッケル（Ｎｉ）０.０８％、硫黄（Ｓ）０.０１％、残
部鉄からなる平均粒径２８〜４０μｍの通常の粉末冶金
用クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０、硬質粒子ＴｉＮ３
％と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０.５％とを添加し
てプレス成形し脱ロウ後１６２３Ｋで焼結し、比較用の
プレス成形用ＳＣＭ４４０材を作製した。また、比較品
Ｉ／Ｍとして、炭素（Ｃ）０.４０％、珪素（Ｓｉ）０.
２１％、マンガン（Ｍｎ）０.７９％、クロム（Ｃｒ）
１.０２％、モリブデン（Ｍｏ）０.１５％、ニッケル
（Ｎｉ）０.０７％、硫黄（Ｓ）０.０１％、残部鉄から
なる硬質粒子を添加しない溶製材クロムモリブデン鋼Ｓ
ＣＭ４４０耐摩耗性評価用試験片を作製した。
【０００９】この発明による金属粉末射出成形焼結材料
の性能を確認するために、真密度比を測定すると共に、
図１に示すピン−ドラム摩耗試験装置を使用して、摩耗
試験を実施した。真密度比を測定した結果、０％、３
％、６％及び９％のチタンナイトライド（ＴｉＮ）を含
有する真密度比はそれぞれ９３.１％、９３.２％、９
２.５％及び９２.２％であり、３％のチタンナイトライ
ド（ＴｉＮ）を含むプレス材の真密度比は８７.５％で
あった。射出成形材の真密度比は低いが、プレス成形法
に比べて高いレベルである。図１に示すピン−ドラム摩
耗試験装置では、空気シリンダ装置２の先端にピン１を
保持すると共に、Ａ方向に回転するドラム３に対してピ
ン１の湾曲部を空気シリンダ装置２により押圧力Ｆで押
圧すると共に、給油管４から潤滑油をピン１とドラム３
の摺動部に供給する。ドラム３を図示しないモータを使
用して所定摩耗速度で回転し、空気シリンダ装置２に取
り付けたピン１を所定の押圧力Ｆでドラム３に圧接させ
る。試験条件は、摺動速度：１ｍ／秒、荷重：摺動初期
にヘルツ応力で５６ｋｇｆ／ｍｍ2を印加、摺動距離：
５０ｋｍ、潤滑条件：潤滑油 モータオイル ＣＤ１０
Ｗ−３０である。試験後に測定したピン１の摩耗幅の測
定値より摩耗体積を求め、ピン１の摩耗量を算出し、ド
ラム３の摩耗深さを形状測定機で測定してドラム３の摩
耗量を算出した。従来の製法のピンと耐摩耗性の比較を
行った摩耗試験の結果を図２に示す。溶製材によるピン
Ｉ／Ｍ、チタンナイトライドを添加しないピン０％Ｔｉ
Ｎ及びプレス成形法によるピンPress ３％ ＴｉＮに比
べて、チタンナイトライド３〜６％を添加したピンの耐
摩耗性は劇的に向上したことは明らかであり、また、相
手材への攻撃性も全く見られない。次に、硬質粒子粒径
とベース粉末粒径の関係を摩耗試験で評価した結果を図
３に示す。ベース粉末粒径が硬質粒子径の４倍を超える
大きさになると、摩耗量が増大する。
の性能を確認するために、真密度比を測定すると共に、
図１に示すピン−ドラム摩耗試験装置を使用して、摩耗
試験を実施した。真密度比を測定した結果、０％、３
％、６％及び９％のチタンナイトライド（ＴｉＮ）を含
有する真密度比はそれぞれ９３.１％、９３.２％、９
２.５％及び９２.２％であり、３％のチタンナイトライ
ド（ＴｉＮ）を含むプレス材の真密度比は８７.５％で
あった。射出成形材の真密度比は低いが、プレス成形法
に比べて高いレベルである。図１に示すピン−ドラム摩
耗試験装置では、空気シリンダ装置２の先端にピン１を
保持すると共に、Ａ方向に回転するドラム３に対してピ
ン１の湾曲部を空気シリンダ装置２により押圧力Ｆで押
圧すると共に、給油管４から潤滑油をピン１とドラム３
の摺動部に供給する。ドラム３を図示しないモータを使
用して所定摩耗速度で回転し、空気シリンダ装置２に取
り付けたピン１を所定の押圧力Ｆでドラム３に圧接させ
る。試験条件は、摺動速度：１ｍ／秒、荷重：摺動初期
にヘルツ応力で５６ｋｇｆ／ｍｍ2を印加、摺動距離：
５０ｋｍ、潤滑条件：潤滑油 モータオイル ＣＤ１０
Ｗ−３０である。試験後に測定したピン１の摩耗幅の測
定値より摩耗体積を求め、ピン１の摩耗量を算出し、ド
ラム３の摩耗深さを形状測定機で測定してドラム３の摩
耗量を算出した。従来の製法のピンと耐摩耗性の比較を
行った摩耗試験の結果を図２に示す。溶製材によるピン
Ｉ／Ｍ、チタンナイトライドを添加しないピン０％Ｔｉ
Ｎ及びプレス成形法によるピンPress ３％ ＴｉＮに比
べて、チタンナイトライド３〜６％を添加したピンの耐
摩耗性は劇的に向上したことは明らかであり、また、相
手材への攻撃性も全く見られない。次に、硬質粒子粒径
とベース粉末粒径の関係を摩耗試験で評価した結果を図
３に示す。ベース粉末粒径が硬質粒子径の４倍を超える
大きさになると、摩耗量が増大する。
【００１０】
【発明の効果】この発明の材料は、従来に比較して、相
手攻撃性が小さく、耐摩耗性及び機械的性質に優れ、よ
り厳しい摩耗条件で使用可能であり耐久性の向上を図る
ことができる。
手攻撃性が小さく、耐摩耗性及び機械的性質に優れ、よ
り厳しい摩耗条件で使用可能であり耐久性の向上を図る
ことができる。
【図１】 ピンを装着した摩耗試験機の概略図
【図２】 ピンの摩耗量を示すグラフ
【図３】 硬質粒子とベース金属粉末との粒径の関係を
示すグラフ
示すグラフ
【図４】 本発明の焼結材料を示す概略図
【図５】 従来の焼結材料を示す概略図
１・・ピン、 ２・・空気シリンダ装置、 ３・・ドラ
ム、 ４・・給油管、５・・硬質粒子、 ６・・ベース
金属粉末
ム、 ４・・給油管、５・・硬質粒子、 ６・・ベース
金属粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 秀士 熊本県熊本市黒髪２丁目39番１号
Claims (10)
- 【請求項１】 鉄系のベース金属粉末中に３.０〜６.０
重量％の硬質粒子を分散したことを特徴とする金属粉末
射出成形焼結材料。 - 【請求項２】 鉄系のベース金属粉末は、ステンレス
鋼、純鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモ
リブデン鋼から選択された１種又は２種以上である金属
粉末射出成形焼結材料。 - 【請求項３】 鉄系のベース金属粉末の平均粒径は硬質
粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍でありかつ６０μｍ
以下である請求項１に記載の金属粉末射出成形焼結材
料。 - 【請求項４】 硬質粒子はチタンナイトライド（Ｔｉ
Ｎ）、クロムナイトライド（ＣｒＮ）等のセラミック材
料又は金属間化合物から選択される請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載の金属粉末射出成形焼結材料。 - 【請求項５】 金属粉末射出成形焼結用の鉄系のベース
金属粉末中に３.０〜６.０重量％の硬質粒子を混合し分
散させ、金属粒子混合物を形成する工程と、 金属粒子混合物にバインダを混合して混練する工程と、 射出成形機を用いて得られた粉末混合体を射出成形し、
成形体を形成する工程と、 成形体を加熱して成形体中の溶媒及び結合材を抽出する
工程と、 成形体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、焼結する工程と、 焼結した成形体を機械加工する工程とを含むことを特徴
とする金属粉末射出成形焼結品の製造方法。 - 【請求項６】 毎秒絶対温度０.１６７Ｋの加熱速度で
１６２３Ｋまで加熱して焼結する工程を含む請求項５に
記載の金属粉末射出成形焼結品の製造方法。 - 【請求項７】 ベース金属粉末を平均粒径２８〜４０μ
ｍに形成する工程を含む請求項５に記載の金属粉末射出
成形焼結品の製造方法。 - 【請求項８】 鉄系のベース金属粉末は、ステンレス
鋼、純鉄、ニッケル含有鉄、コバルト含有鉄、クロムモ
リブデン鋼から選択された１種又は２種以上である請求
項５に記載の金属粉末射出成形焼結品の製造方法。 - 【請求項９】 鉄系のベース金属粉末の平均粒径は硬質
粒子の平均粒径の１.０倍〜４.０倍であり、かつ６０μ
ｍ以下である請求項５に記載の金属粉末射出成形焼結品
の製造方法。 - 【請求項１０】 硬質粒子はチタンナイトライド（Ｔｉ
Ｎ）、クロムナイトライド（ＣｒＮ）等のセラミック材
料又は金属間化合物から選択される請求項５〜請求項９
のいずれか１項に記載の金属粉末射出成形焼結品の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12312896A JPH09310143A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12312896A JPH09310143A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09310143A true JPH09310143A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14852879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12312896A Pending JPH09310143A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 金属粉末射出成形焼結材料及び金属粉末射出成形焼結品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09310143A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103898410A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-02 | 临沂市金立机械有限公司 | 一种金属改性汽油机连杆 |
| KR20190129572A (ko) * | 2018-05-11 | 2019-11-20 | 이형훈 | 슬라이드 코어 가이드 유닛용 합금 조성물 및 그 제조방법 |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP12312896A patent/JPH09310143A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103898410A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-02 | 临沂市金立机械有限公司 | 一种金属改性汽油机连杆 |
| CN103898410B (zh) * | 2014-04-16 | 2015-09-09 | 临沂市金立机械有限公司 | 一种金属改性汽油机连杆 |
| KR20190129572A (ko) * | 2018-05-11 | 2019-11-20 | 이형훈 | 슬라이드 코어 가이드 유닛용 합금 조성물 및 그 제조방법 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050307 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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| A521 | Written amendment |
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