JPS5819403A - 鋳鉄組織を有する焼結材料の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 　１− この発明は、粉末冶金法によって、鋳鉄組織を有する焼
結材料を製造する方法に関するものである− 現在、耐摩耗性、被削性、振動吸収能等にすぐれた特性
を有する普通鋳鉄が、価格も安いということとも相俟っ
て、機械部品として多方面に幅広い用途を有しているが
、鋳鉄のこのすぐれた特性は、主として均一に、かつ多
量に分散した遊離黒鉛によるものであることが知られて
いる。例えば、鋳鉄製の摺動材にあっては、遊離黒鉛が
摺動面に固体潤滑材として作用して減摩効果を発揮する
とともに、遊離黒鉛の残留孔が油溜シとして保油に役立
つものであシ、また、切削加工時には細かく分布した遊
離黒鉛がチップブレーカ−となって被剛性を向上させる
という役割をも担っているのである。

しかしながら、機械部品用材料としてこのようにすぐれ
た性質を持つ鋳鉄ではあるが、一方では、鋳物容量が小
さい場合は鋳込後の冷却速度が速いために白銑化し、小
物部品については鋳鉄本来の特性を持ったものが得られ
ないという問題があった。

また、鋳鉄部品の製造は鋳造に頼らざるを得なかったた
めに、粉末冶金法と比して量産性に劣るという本質的な
問題点をも抱えていた。

これまでも、鋳鉄の有するすぐれた諸性質を備えるとと
もに、粉末冶金の量産性を兼ね備えた焼結材料およびそ
の製造方法に関する研究は種々試みられてきていたが、
次に示すような理由から成功するに至らなかったのであ
る。すなわち、（ハ））鉄系合金に黒鉛を多量に（鋳鉄
なみに３重量−程度）添加し、焼結すると、セメンタイ
トが析出して基地が碩くなシ、機械的特性が低下し、焼
結温度を下げればセメンタイトの析出は防げるが強度が
得られない。

（ｂ）　　Ｓｉのような黒鉛化安定元素を添加してセメ
ンタイトの析出を防ぐ方法が考えられるが、ＳｉをＦｅ
中に拡散固溶させる条件は、約１２００℃以上の加熱を
要するなど、通常の鉄系焼結材料の焼結温度に比しては
るかに高い温度−工要求されることから製造コストが高
くなるうえ、焼結雰囲気を厳しくコントロールしないと
８１を酸化させてしまう恐れがある。

本発明者等は、上述のような観点から、通常の鉄系焼結
材料の製造条件の下で、パーライト相、およびフェライ
ト相からなる基地に遊離黒鉛が分散した鋳鉄組織を有す
る材料を粉末冶金法によって得べく研究を行なった結果
、以下■〜■に示す如き知見を得たのである。

■　鉄系焼結原料中のＳｉ源たるフェロシリコン粉末の
粒度を特定の範囲に調整すれば、焼結原料鉄粉粒子表層
に８１成分が均一に分布し、該Ｓ１が焼結時に酸化する
ことな（Ｆｅ中に固溶してＦｅのα相を安定化させると
共に、Ｆｅ粒子間の拡散を早め、したがって、焼結が促
進されるので機械的性質が向上すること。

■　ＣおよびＳ１原料の組成範囲を適当に選択すること
により、約１０５０℃の加熱温度でｒ相となったＦｅ粒
子がＣの固溶限を増し、そして、Ｃ粉末の粒度を特定値
以下に規制することによシ、ＣがＦｅ籾粒中容易に拡散
するようになシ、ついでＦｅ中に固溶したこれら周辺の
微細なＯが、冷却過程で８１の黒鉛化促進作用によって
空孔や未固溶の黒鉛を核として析出し、最終的には、遊
離黒鉛のまわりに８１−フェライト相があシ、さらにそ
の外側にパーライト相のある、いわゆる鋳鉄組織が得ら
れること。

したがって、この発明は上記知見にもとづいてなされた
もので、 １５〜７５％（以下チは重量％とする）の８１を含有し
、かつ平均粒径が１〜１０μｍのフェロシリコン粉末：
８１量で０．８〜２．５チと、平均粒径２０μｍ以下の
黒鉛粉末：２〜５％と、残シが鉄粉とからなる配合組成
を有する原料粉末を均一に混合し、通常の粉末成形方法
で成形した後、還元性雰囲気中で、１０５０〜１１８０
℃の温度範囲にて焼結することによって、遊離黒鉛、フ
ェライト相、およびパーライトからなる鋳鉄組織を有す
る焼結材料を製造し得るようにしたことに特徴を有する
ものである。

なお、上記焼結材料の製造に使用する鉄粉としては、粉
末冶金用原料として通常使われているものが好適であり
、粉末の成形には通常の条件、例えば４〜６ｔＯｎ／ｃ
ｄ　程度の成形圧力が適用され、また焼結の際の還元性
雰囲気としては、例えばアンモニア分解ガスが好適であ
る。

ついで、この発明の焼結材料の製造方法において、フェ
ロシリコン粉末中の８ｉ含有量、フェロシリコン粉末の
配合量、黒鉛粉末の配合量、フェロシリコン粉末および
黒鉛粉末の平均粒径、および焼結温度を上記の通シに限
定した理由を説明する。

（ａ）　　フェロシリコン粉末中の８１含有量焼結金属
中へのＳｌ源としてのフェロシリコン粉末中の８１含有
量が１５％未満では、フェロシリコン粉末が軟かくなっ
て粉砕するのが難かしく、一方７５％を越えるとフェロ
シリコン粉末としての量、すなわち添加Ｓｉ量に規制さ
れてフェロシリコン粉末の配合総量が少なくなシ、鉄粉
表面への十分なまぶし被覆ができなくなることから、そ
の含有量を１５〜７５％と限定した。

（１））　　フェロシリコン粉末の配合量フェロシリコ
ン粉末は、焼結金属中へ８１を含有させて強度の向上と
被剛性の改良をはかるために配合するものであるが、そ
の配合量がＳｌ量で０．８チ未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方２．５％を越えると逆に強度低下
をきたすことから、その配合量をＳｉ量でＯ，Ｂ〜２．
５チと限定した。

（Ｃ）　　黒鉛粉末の配合量 黒鉛粉末の配合量が２チ未満では鋳鉄に匹敵する摺動特
性を持たせることができず、一方５チを越えて配合する
と均一な配合が困難となシ、また強度低下も著しくなる
ことから、その配合量を２〜５チと限定した。

（ｄ）　　フェロシリコン粉末の粒径 配合するフェロシリコン粉末の平均粒径が１μｍ未満で
は、この粉末原料の酸化が早まって取扱いが困難となる
のに対して、その平均粒径が１０．ｃｔｍを越えると鉄
粉粒子への拡散が遅くなってα相の形成が遅れ、機械的
特性が低下するようになることからその平均粒径を１〜
１０μｍと限定した。

（ｅ）　　黒鉛粉末の粒径 配合する黒鉛粉末の平均粒径が２０μｍを越えると比表
面積が小さくなって鉄粉粒子内への拡散が遅くなること
から、その平均粒径を２０μｍ以下と限定した。好まし
くは、この平均粒径が１５μｍ以下が最適である。

（つ　焼結温度 焼結温度が１０５０℃未満では、得られた焼結材料に十
分な強度が期待できず、一方１１８０℃を越えると液相
が出始めて焼結材料の変形が起きることから、その温度
を１０５０〜１１８０℃と限定した。

つぎに、この発゛明を実施例によシ比較例と対比しなが
ら説明する。

実施例 原料粉末として、それぞれ平均粒径２μｆｉ、’１０μ
ｍ、１８μｍ、および３０μｍを有する黒鉛粉末、同じ
く、それぞれ平均粒径１．２μ７ＦＬ、　　２．２μｍ
。

９．８μｍ、および１２．４μｍを有し、かつＳ１含有
量がいずれも１６チのフェロシリコン粉末、平均粒径２
μｍを有し、Ｓ１含有量が７４チの７エロシリコン粉末
、同じ＜２．２μｍの平均粒径な有し、１ｌｌｌｉ含有
量が７９チのフェロシリコン粉末、平均粒度が−１００
ｍｅｓｈの還元鉄粉を用意し、これら原料粉末を第１表
に示される配合組成に配合し、混合してから、”ｎ／ｃ
！Ｉの圧力で圧粉体に成形し、ついで１０５０〜１１８
０℃にてアンモニア分解ガス雰囲気中で加熱するという
条件で焼結することによって、いずれも１０龍Ｘ　Ｌ　
０１１　Ｘ　５０１１の寸法を有する本発明焼結材料１
〜１３、および比較焼結材料１〜９を製造し、さらに、
溶製したＦｅ１２の従来鋳鉄も用意した。

そして、これら材料のそれぞれについて、引張強さ、摩
擦摩耗特性、および被削性を測定し、その結果も併せて
第１表に示した。

なお、摩擦摩耗特性は、ピンオンディスク型試験機を使
用し、上記各種焼結材料より成形したピンを使用し、か
つ５４５ＣのＣｒメッキ材で作ったディスクを用い、速
度＝ＩＴｒＬ／ｓｅ０．荷重：４ｋｇｆ／ＣＩ＆の条件
で試験した結果を示したもので６１）、被剛性能は、５
．５．ｌ厚の試料を直径３．２ｆｌφのキリで貫通する
に要する時間で示したものであり、キリの材質：高速度
鋼９回転数：４００ｒｐｍ、押付カニ２５に９ｆという
条件下で測定したものである。

第１表において、本発明焼結材料１〜４は、ｓ１成分の
配合量のみを変化させたものであるが、Ｓｉ配合量の１
．５　％のところに強度のピークがあシ、また被剛性は
Ｓｉ配合量が多いほど向上することがわかる。本発明焼
結材料５，６はＣ成分の配合量を変えたものであるが、
Ｃ配合量が２〜５チで摩擦摩耗特性は従来鋳鉄たるＦｅ
１２と同等以上の値を示し、Ｃ配合量の多いほどすぐれ
ている傾向がわかるが、Ｃ配合量が５％になると強度が
低下する傾向にあることも明らかである。本発明焼結材
料７〜９．１０〜１１．および１２，１３は、それぞれ
、７エロシリコン粉末中のＳｌ量と粒径、黒鉛粉末の粒
径、そして焼結温度を変化させたものであるが、この範
囲内ではいずれも良好な特性を得ることができることが
明らかである。

なお、本発明焼結材料２の顕微鏡組織写真（倍率−５０
０倍）を第１図に示した。この図面がらも本発明焼結材
料が良好な鋳鉄組織を有していることが明らかである（
その他の本発明焼結材料もすべて同様な鋳鉄組織をもつ
ものであった）。

これに対して、フェロシリコン粉末中の８１配合景が本
発明範囲からはずれた比較焼結材料１はその強度が低く
、フェロシリコン粉末の平均粒径が太き比較焼結材料３
は強度が低く、しかも摩擦摩耗特性が悪いことが明白で
ある。また、Ｓｉ配合量が本発明の範囲からはずれた比
較焼結材料４，５によれば、８１量が低すぎると被剛性
が悪くなるとともに摩擦摩耗特性も悪くなり、強度は多
すぎても低すぎても低下することがわかる。さらにＣ量
が本発明範囲からはずれた比較焼結材料６．マは、Ｃ量
が少ないと摩擦摩耗特性が悪くなり、多すぎると強度が
低下することを示している。そして、焼結温度が本発明
範囲からはずれた条件で製造された比較焼結材料８，９
からは、焼結温度が低いと強度が向上せず、また焼結温
度が高すぎると一部溶融を生じ、目的とする形状が得ら
れないことが明らかである（以上、この発明の範囲から
外れた条件には、第１表に秦印を付した）。

上述のように、この発明によれば、比較的簡単な操作で
、鋳鉄組織を有する焼結材料をコスト安く製造すること
ができるので、鋳鉄と同等の緒特性を有する機械部品は
勿論のこと、小物で複雑な形状の機械部品をも能率良く
量産できるなど工業上有用な効果がもたらされるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法で製造された焼結材料の組織
を示す顕微鏡組織写真（５００倍）である。 第１図 手続補正書（自制 昭和５６年　９月　９日 特許庁長官　　島　１）春　樹　　　殿１、事件の表示 特願昭５６−１１６４６９　　号 ２　発明の名称 鋳鉄組織を有する焼結材料の製造法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 −Ｉ譬　　東京都千代田区大手町−丁目５番２号氏名（
名称）（６２Ｆ１）三菱金属株式会社代表者　　稲　井
　好　廣 ４、代　理　人 （：゛・□ｌｉ　　東京都千代１１区神１１錦町−丁目
η番地宗保第二ビル８階 ７　補正の内容　　別紙の通り （１）明細書、第１１頁１発明の詳細な説明の項、第３
行、 「２５陶ｆ」とあるを。 「　５縁ｆ」と訂正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １５〜７５％の１１を含有し、かつ平均粒径が１〜１０
   μｍのフ二ロシリコン粉末：Ｓｉ量で０．８〜２．５チ
   。 平均粒径２０μｍ以下の黒鉛粉末＝２〜５％。 鉄粉：残り。 （以上重量ｌ１ｂ）からなる配合組成を有する原料粉末
   を均一に混合し、通常の粉末成形方法で成形した後、還
   元性雰囲気中で１０５０〜１１８０℃の温度範囲にて焼
   結することを特徴とする、遊離黒鉛。 フェライト相、およびパーライト相からなる鋳鉄組織を
   有する焼結材料の製造法。