JPH11124604A - 耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法

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JPH11124604A
JPH11124604A JP28410497A JP28410497A JPH11124604A JP H11124604 A JPH11124604 A JP H11124604A JP 28410497 A JP28410497 A JP 28410497A JP 28410497 A JP28410497 A JP 28410497A JP H11124604 A JPH11124604 A JP H11124604A
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JP
Japan
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oil
sintered alloy
sintered
compact
cooling oil
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JP28410497A
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English (en)
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Tomohisa Maruyama
友久 丸山
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性と防錆効果に優れた動力伝達系部品
等に使用する焼結合金に好適な耐摩耗性鉄系焼結合金の
製造方法を提供する。 【解決手段】 鉄を主成分とする金属粉末を圧粉密度
6.7〜7.4g/cm3の高密度に圧粉成形して得ら
れた圧粉成形体を焼結した焼結成形体を750〜950
℃に調整した浸炭ガス雰囲気中で浸炭後、冷却油に浸漬
し、その後、冷却油を洗浄する時間を20〜60分の条
件で施し、次に焼戻しを140℃〜160℃の温度条件
で実施する耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法である。冷
却油を洗浄する工程は、塩素系溶媒による蒸気洗浄方法
で実施されることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄を主成分とする
焼結合金の製造する方法に係わり、特に油による潤滑が
容易に行えない環境下で、且つ高負荷が加わる部位に使
用する耐摩耗性と防錆効果に優れた動力伝達系部品等に
使用する焼結合金を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、製品の小型化・軽量化・高性能化
が進むに連れて、動力を伝達する機構部品、例えば各種
のギヤやカム等、複雑な形状の機構部品を高精度で、且
つ簡単に製造するため粉末冶金の手法により鉄系の焼結
成形品が多く用いられている。これらの機構部品は主に
摺動しながら動力を伝達する為、摺動部に加わる負荷は
高負荷となり、高い耐摩耗性が要求される。耐磨耗性を
向上させるには、摺動面に潤滑油の油膜を介在させる事
が最も効果的であるが、潤滑が行えない環境で使用する
場合には、製造方法や材質の成分配合等を工夫すること
によって耐摩耗性を向上させている。
【0003】最も一般的な従来技術としては、焼結体の
空孔内に潤滑油を重量比で10〜20%含浸させて、自
己潤滑性を持たせた含油軸受がある。含油軸受の材料は
主に銅系焼結や圧粉密度が5.5〜6.6g/cm3
低い軽負荷用の鉄系焼結で、主に一般構造用部品として
使用されている。
【0004】鉄系の高強度用焼結合金で耐摩耗性を向上
させる従来技術としては、成形後、浸炭焼入れや高周波
焼入れの熱処理を施して表面硬度を高くする方法や、4
50℃〜550℃の蒸気中で加熱して、表面にFe3
4 の酸化層を生成させて表面硬度を高くする方法等が従
来より一般的に行われている。最近では、加熱焼結した
ものを熱間鍛造して密度を高め強度アップを図る粉末成
形品の鍛造加工法や、「特開昭61−291946耐摩
耗性焼結合金の製造法」で、焼結体の空孔内に鉛を重量
比で15〜30%含浸させることを特徴とする製造方法
が開示されている。
【0005】鉄系の高強度用焼結合金で耐摩耗性を向上
させる従来技術として、前述のような熱処理や水蒸気処
理によって高い表面硬度に改善する方法が行われてい
る。しかし、それには限界があり、高い硬度にしても、
動力を伝達する機構部品の多くは、相手部品と摺動して
使用するため、相互の摩擦面で摩耗する。金属の表面は
凹凸の連続したもので、一般な機械加工面は、0.1〜
20μm程度の起伏が存在する粗面である。このような
表面同士を接触させた場合、最初はその比較的高い山付
近のごく一部が接触する為、接触点は著しく大きな圧力
を受けて塑性変形している。
【0006】特に、摩擦接触点では塑性流動が大きく、
表面層の汚れが破られて清浄面接触が起こりやすいため
に凝着が大きくなりやすい。接触面の摺動によって、そ
の凝着部付近が金属の母材からせん断されて大きな凝着
摩耗が発生する。凝着摩耗が支配的であると考えられる
摩擦条件は、接触面の凝着が顕著となる空気中およびて
空中における乾燥摩耗である。金属の組合わせとして
は、強度的に近いもの同士、特に同種金属同士のときに
起こりやすい。その対策として極めて有効な方法として
は潤滑油によって摩擦面に皮膜を作ることである。工作
機械や車両部品等に使用される環境では、潤滑油の性質
や潤滑方法を制御することによって、効果的な耐摩耗性
を維持することができるが、潤滑が容易に行えない環境
で使用される機構部品の場合、耐摩耗性を維持すること
は非常に難しい。
【0007】自己潤滑性が要求される部品に使われてい
る方法としては、焼結体の空孔内に油や他の非金属を含
浸させて耐摩耗性と防錆効果を向上させているが、この
処理を行うには真空状態または、加圧状態する専用食浸
炉に入れて行うため製造工程が複雑化してコスト高にな
ってしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、油に
よる潤滑が容易に行えない環境下で、且つ高負荷が加わ
る部位に使用する耐摩耗性と防錆効果に優れた動力伝達
系部品等に使用する焼結合金を簡易な方法で製造するこ
とができる耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的は、鉄を主
成分とする金属粉末を圧粉密度6.7〜7.4g/cm
3 の高密度に圧粉成形して得られた圧粉成形体を焼結し
た焼結成形体を750〜950℃に調整した浸炭ガス雰
囲気中で浸炭後、冷却油に浸漬し、その後、冷却油を洗
浄する時間を20〜60分の条件で施し、次に焼戻しを
140℃〜160℃の温度条件で実施することを特徴と
する耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法によって達成され
る。また、前記冷却油を洗浄する工程が、塩素系溶媒に
よる蒸気洗浄方法で実施されることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。本発明において、金属粉末は、鉄を主成
分とする。具体的には、鉄粉に必要元素を混合するか又
は鉄粉を含む合金粉末に炭素を添加したもの等が使用さ
れる。これらの金属粉末は最終製品形状に設定された予
備成形金型で圧粉成形される。圧粉成形に際しては、圧
粉密度が6.7〜7.4g/cm3 となるように圧粉条
件が設定される。圧粉密度が6.7g/cm3 よりも小
さいと、圧粉成形体の強度が充分でなく、また、圧粉密
度が7.4g/cm3 を越えると、圧粉成形体に形成さ
れる空孔の量が少なくなり、また、孔径が小さくなるた
め、後工程で施される油含浸を効率的に行うことができ
ない。
【0011】圧粉成形体は、その後、例えば、輻射加
熱、誘導加熱等により1000〜1200℃の温度条件
下で非酸化性ガス雰囲気中で焼結される。
【0012】次に焼結成形体は、浸炭ガス雰囲気中で浸
炭処理される。浸炭ガス処理時の温度条件は上記温度範
囲内で処理時間との関係で設定温度が定まり、温度と加
熱時間により浸炭層の深さが決定する。しかし、温度が
余り高いと、製品を構成する粒子が粗粒化して材質が脆
弱化し、一方、温度が余り低いと、浸炭層が薄すぎて表
面の硬度等に優れた製品を得ることができない。したが
って、浸炭処理時においては、浸炭ガス処理時の温度は
750〜950℃で、浸炭処理時の時間は3時間程度が
好ましい。
【0013】浸炭処理後、焼結成形体は、冷却油中に浸
漬される。この浸漬処理により焼結成形体に形成された
空孔表面から内部に冷却油が浸透する。浸漬処理として
は、焼結成形体を冷却油中に30分間程度浸漬すること
が望ましく、その後、焼結成形体を浸漬溜から取り出
す。この浸漬処理によって焼結成形体の1重量%程度の
冷却油が焼結成形体内部に浸透する。
【0014】次に浸漬溜から取り出された焼結成形体表
面の冷却油が洗浄により取り除かれる。この洗浄方法と
しては、特に冷却油が内部に浸透している焼結成形体を
溶媒系による蒸気洗浄方法で除去する方法が好適であ
る。この場合、溶媒としては、アルコール系溶媒、芳香
族系溶媒、塩素系溶媒等が使用可能であるが、不燃性で
油の溶解性が高く、比熱が低く、熱経済性であること等
の点から特に塩素系溶媒が好適であり、塩素系溶媒とし
ては、特にトリクロールエチレン、パークーロルエチレ
ンが好適であり、また、混合溶媒を使用することもでき
る。また、蒸気洗浄方法以外にも浸漬洗浄、超音波洗浄
等を適用することもできる。
【0015】蒸気洗浄時間の場合には、溶媒の種類、蒸
気中の溶媒濃度等によって異なるが、少なくとも20〜
60分の処理時間が必要であり、好ましくは30分間の
処理時間とすることが望ましい。処理時間が20分未満
の場合、焼結成形体の表面に付着している冷却油を充分
に除去することが困難であり、また、60分を越える
と、焼結成形体の空孔に浸透した冷却油がほとんど除去
されることになり、焼結成形体の潤滑作用が充分に発揮
されないことになる。処理時間が20〜60分では、焼
結成形体の表面の冷却油のみが除去され、空孔内部に浸
透した冷却油はそのまま残留し、焼結成形体の潤滑作用
が高度に発揮される。
【0016】次に洗浄処理された焼結成形体は、焼戻し
工程に供されるが、焼戻し工程を一般的に行われている
200℃以上の温度で約60分間の条件で施すと、焼結
成形位の内部に残留していた冷却油は表面に滲み出し含
油量はほとんど無くなるという事実を把握した。本発明
は、焼戻し工程は140〜160℃、好ましくは150
℃の温度条件下に実施された後、空冷または油冷され
る。焼戻し工程において、160℃を越える温度条件で
は、焼結成形体の空孔内部に浸透した冷却油が空孔から
次第に消失、あるいは冷却油が変質または分解して焼結
成形体の潤滑作用が充分に発揮されないおそれがあり、
一方、140℃未満では、焼戻しによる焼結成形体に所
望の硬度を付与することが困難となる。本発明における
焼戻しによって、焼結成形体は、潤滑作用を発揮するの
必要な冷却油を保持しつつ、焼結成形体を所望の硬度を
保持するものである。なお、焼戻し工程を経た得られた
製品は、必要に応じて研磨等の仕上げ機械加工が行われ
る。
【0017】本発明においては、鉄を主成分とする金属
粉末を圧粉成形して製作した構造用機械部品を浸炭焼入
れする際に、ある特定範囲の温度と時間を条件にして施
すことにより、真空含浸法等で強制的に含油された構造
用機械部品と同様の自己潤滑作用を付加することがで
き、耐摩耗性に優れて防錆効果がある構造用機械部品を
容易に製造することができる。
【0018】本発明では、焼戻し工程で冷却油を焼結成
形体に残留させたままで、所望の硬度を得ることができ
る。この残留している冷却油が強度を必要とする所で使
用する構造用機械部品として一般的な使い方である金属
どうしを摺動させて動力を伝達する場合に、その摩擦面
間で油膜を発生して二表面間を隔てて、金属面同士の接
触させない自己潤滑作用を与えることが容易にできる。
【0019】機械工学の分野における流れとして、機械
部品の表面に加わる荷重の増大と、これに伴う許容値を
超える摩耗がある。例えば、歯車駆動装置においても同
様であり、小型化したシステムによる高トルクの伝達が
求められている。更に、今後は環境保全への取り組みが
一層深まり、今までのような大量の潤滑油を使用する環
境で使用することが難しくなると、機械部品の無潤滑化
が必要になる。本発明はそのような環境下で、高負荷で
作動する摺動機構を用いた場合でも機構部品の寿命が延
長できて、従来に比べて安価で容易に製造することがで
きる。
【0020】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。 <実施例1>全体組成が重量比でC:0.8%以下、C
u:1〜2%、Ni:2.5〜3.5%、その他1%以
下、残部Feからなる金属粉末を圧粉密度6.8g/c
3の高密度に圧粉成形した。得られた圧粉成形体を1
150℃、水素またはアンモニア分解ガスの雰囲気下で
焼結した。次いで焼結成形体を、850℃に調整した浸
炭ガス(CO、H2 、N2 )雰囲気中で浸炭後、冷却油
に浸漬して表面の空孔から内部に冷却油を含浸させた
後、冷却油の洗浄を30分間のパークロールエチレンに
よる蒸気溶媒を施し、焼戻し温度150℃の条件で行っ
た。
【0021】<比較例1>焼入れ冷却油の洗浄を12時
間のパークロールエチレンによる浸漬洗浄を施し、焼戻
し温度を150℃の条件で行った以外は、実施例1と同
様な条件とした。 <比較例2>焼入れ冷却油の洗浄を30分間のパークロ
ールエチレンによる蒸気洗浄を施し、焼戻し温度を20
0℃の条件で行った以外は、実施例1と同様な条件とし
た。 <比較例3>焼入れ冷却油の洗浄を12時間のパークロ
ールエチレンによる浸漬洗浄を施し、焼戻し温度を20
0℃の条件で行った以外は、実施例1と同様な条件とし
た。
【0022】以上の実施例と比較例に示す製造方法によ
って得られた試料を比較試験評価法に従って試験した結
果を表1に示した。 <比較試験評価法>図面に示す試験装置に試料として使
用するそれぞれの製造方法で製作された歯車1〜5を図
面の様に配列し、歯車5に直結した軸に240rpm・
15kg/cmの駆動を与える。尚、歯車1〜5は同一
の製造方法で製作された物を組み合わせてある。実施例
1と比較例1〜3で得た歯車をそれぞれ同時に連続運転
して、所要時間毎に試料(歯車)の重量を測定して、摩
耗量を求める。上記の比較試験結果を表1に示す。尚、
表1の試験材料の摩耗量のデータは歯車5を代表として
示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明の方法により製造された鉄系焼結
合金は自己潤滑作用によって耐摩耗性と防錆効果が容易
に得られる。潤滑油の供給、保守等の必要が無いため、
機械全体のコスト及び、保守費用の低減に貢献するとこ
ろが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図面は本発明の製造方法によって得られた、鉄
系焼結体の機構部品の効果を試験するための試験装置の
概要因である。
【符号の説明】
1 歯車1 2 歯車2 3 歯車3 4 歯車4 5 歯車5(駆動歯車)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄を主成分とする金属粉末を圧粉密度
    6.7〜7.4g/cm3 の高密度に圧粉成形して得ら
    れた圧粉成形体を焼結した焼結成形体を750〜950
    ℃に調整した浸炭ガス雰囲気中で浸炭後、冷却油に浸漬
    し、その後、冷却油を洗浄する時間を20〜60分の条
    件で施し、次に焼戻しを140℃〜160℃の温度条件
    で実施することを特徴とする耐摩耗性鉄系焼結合金の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記冷却油を洗浄する工程が、塩素系溶
    媒による蒸気洗浄方法で実施されることを特徴とする請
    求項1に記載の耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法。
JP28410497A 1997-10-16 1997-10-16 耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法 Pending JPH11124604A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011085163A (ja) * 2009-10-14 2011-04-28 Porite Corp 非含油性焼結歯車体
JP2013147307A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Seiko Epson Corp 芯管保持装置および画像記録装置
CN104294290A (zh) * 2014-10-11 2015-01-21 广东富华重工制造有限公司 去除凸轮轴锈斑的工艺方法
WO2024042744A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 株式会社ジェイテクトサーモシステム 浸炭焼結体の製造方法、及び浸炭焼結体の製造装置

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