JPS5819738B2 - コウミツドシヨウケツコウノ セイゾウホウホウ - Google Patents

コウミツドシヨウケツコウノ セイゾウホウホウ

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JPS5819738B2
JPS5819738B2 JP49120971A JP12097174A JPS5819738B2 JP S5819738 B2 JPS5819738 B2 JP S5819738B2 JP 49120971 A JP49120971 A JP 49120971A JP 12097174 A JP12097174 A JP 12097174A JP S5819738 B2 JPS5819738 B2 JP S5819738B2
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JP
Japan
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powder
sintered
alloy
density
sintering
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Application number
JP49120971A
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JPS5147507A (ja
Inventor
松本辰喜
増山不二光
大黒貴
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は従来のFe−C系および低合金鋼系の機械構
造用焼結鍛造部品の製造法に代り良好な機械的性質を有
する高密度焼結鋼を経済的に製造する方法に関する。
鉄系焼結材料は現在各種の機械構造部品として使用され
ている。
その大部分はFe粉とC粉を混合して固相焼結を行なっ
たFe−C系、さらにこれにCu粉を混合添加してCu
の融点以上の温度で液相焼結を行なったFe−C−Cu
系あるいはFe−Cu系である。
しかしこれらには種々の欠点がある。
例えば、C粉とFe粉を混合する場合には両者の密度の
差が非常に大きいので良好な混合状態を得ることはなか
なか困難である。
また添加されたC粉末は焼結中に、雰囲気ガスの如何に
よっては、これと容易に反応してしまうので正確にC系
を制御することが難かしい場合がある。
さらに、Cu粉を添加する場合には、液相焼結が行なわ
れるので、高密度化するが、この種の焼結体の欠点とし
て延性および靭性が乏しいことが指摘されている。
またCu粉は比較的高価である。ところで、焼結合金の
高密度化については、種種の方法が考えられ、液相焼結
法による高密度化の他に、焼結したものをかなり大きな
圧縮力で圧縮し焼結体中に残留する気孔を圧着する焼結
鍛造法、あるいは圧粉体をそのまメで加熱し、これを鍛
造する粉末鍛造法がある。
しかし、粉末鍛造法あるいは焼結鍛造法で問題となるも
のに圧粉体あるいは焼結体の変形能がある。
すなわち、変形能が十分大きくなければ残留している気
孔を源として割れが発生し易くプレフォームの形状決定
が難しく複雑になる。
逆に焼結体の変形能が大きければプレフォームの形状決
定は簡単になり容易に目的とする形状の部品を成形する
ことができるので、焼結鍛造などに供するプレフォーム
については残留する気孔をできるだけ少なくし変形能を
大きくすることが望ましい。
このように、従来から鉄系焼結機械部品として用いられ
ているFe−Cu系およびFe7C−Cu系焼結合金で
は高密度、高強度化のためにCu粉を用いる関係上コス
ト高であり、また高密度、高強度化を達成するためにF
e−C系焼結合金をプレフォームとして焼結鍛造を行な
う場合には一般に残留する気孔が多いので変形能が充分
でなく割れが発生し易い。
本発明者等はこれら従来技術の欠点を解消するため、C
uを用いずに変形能の大きな高密度のFe−C系焼結体
を作製し焼結鍛造することを試みた結果、高密度でかつ
高強度の焼結鋼を経済的に製造しうる方法を見出し、本
発明を完成したものである。
すなわち、本発明はCuを使用することなく経済的に高
密度焼結鋼を製造する方法を提供することを目的とする
上記の目的は02〜5%(%は以下重量%を意味する)
の他にMn、Si、P、Sのうち少なくとも1種の元素
を含有するFe−C系合金粉末と、Fe粉末とをC0,
1〜1.’8%、Mn、Si、P。
Sの総量が10%以下となるように混合し、その混合粉
末を成形したのちFe粉以外の合金粉末の溶融開始温度
以上1400°C以下で焼結し、これによって得られた
焼結体を熱間で鍛造することを特徴とする、高密度焼結
鋼の製造方法により効果的に達成することができる。
こ\において、Fe粉に添加されるFe、−C系合金中
のC量は2〜5%とするが、その理由は2%未満ではF
e−C系合金を粉砕して粉末にすることが困難であり、
また融液の発生温度が高く、発生する液相量も僅かなた
め実用的でないからであり、C量が5%を越える場合も
同様に融液の発生が少なく実用的でないからである。
また合金組成中のC量を0.1〜1.8%とした理由は
、0.1%未満では機械的性質を向上させる効果がなく
なり、1.8%を越えて添加すると延性が低下してしま
うからである。
Mnの作用は上記Fe−C系合金を白銑化する傾向があ
り、Mnの添加により粉砕容易な合金が得られる。
またそれは焼結鋼中にあって強さを増す。
SiはMnとは逆に鋳鉄の黒鉛化を促進する元素である
が、鉄中へよく同容しフェライト地を著しく強化する元
素である。
PおよびSも微量の添加によって機械的性質が向上した
り、切削性が向上したりするが、多量に入った場合には
機械的性質を著しく低下させる。
FeおよびC以外の、これら合金元素の添加量を、焼結
体において10%以下とするのは、これらの合金元素が
10%を越えると焼結体での合金成分の分布が不均一と
なり、それにともなって機械的性質が低下するからであ
る。
また、Fe粉以外の合金粉末とはSi、Mn。
P、Sのうち少なくとも1種を含んでも良いFe−C合
金粉末すなわち、通常の鋳鉄の粉末のことであって、そ
の各軸開始温度は約1150’Cであり、添加合金元素
の種類およびその量により約1120°Cまで下がると
思われる。
本発明において、焼結温度をFe粉以外の合金粉末の容
融開始温度以上1400℃以下とするのは、Fe粉以外
の合金粉末からの液相発生により液相焼結が行なわれる
からであり、また通常の焼結炉の常用温度は1400°
C以下であるので1400°Cを越える場合は実用的で
ないからである。
こうして得られた焼結体を熱間で鍛造することにより密
度が一段と高くなり、鍛造体はほとんど真密度、すなわ
ち、鋳鍛造材料の密度の98%以上となる。
このことは機械的性質を著しく向上させる原因となり、
特に衝撃値を急激に向上させる。
また、鍛造は機械部品の成形も目的としており、従来の
切削加工あるいは鋳造による成形の場合のように工数が
かさむことがなく、合理化が計りやすい、さらに材料歩
留を著しく向上させる。
またこの鍛造の温度は通常700〜1200℃とするの
が好ましい。
上記の本発明の方法によって奏せられる効果を要約する
と次の通りである。
1)添加するFe−C系合金からの融液発生によって液
相焼結が行なわれるので焼結体プレフォームは高密度の
ものが得られる。
2)焼結体プレフォームの密度が高く残留する気孔が少
ないので変形能が大きく鍛造によって割れが発生しにく
くなる。
3)焼結中における炭素の拡散は非常に速やかであるの
で、短時間の焼結で焼結鋼プレフォームが得られる。
4)炭素添加のためにFe粉と同程度の比重のFe−C
系合金粉末を使用するので、従来法のFe粉と黒鉛粉の
混合のように不均一な混合が生じない。
5)Fe粉と黒鉛粉を混合したものでは焼結雰囲気によ
ってC量の変化が生じ易いが、この発明ではC量の調整
が容易である。
6)焼結体プレフォームの作製のため硬質のFe−C系
合金粉末を使用するので、圧縮成形性かや\悪く型の摩
耗も大きくなり易いが、液相焼結による緻密化が大きい
ので成形圧力が低くでき、その結果、型の寿命を延ばす
ことができる。
7)この発明で使用されるFe−C系合金、すなわち鋳
鉄は急冷することによって硬くて脆い白鋳鉄となるので
容易に粉砕される。
以上詳述したように、本発明の方法によれば、自動車、
農機具等の歯車、連結稈およびコンプレッサ用弁、その
他機様部品用の高密度、高強度焼結鋼を経済的有利に得
ることができる。
以下本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
実施例 1 まず、電気炉で啓解した鋳鉄(C量、69%、Si2.
16%、Mn0.65%)を厚手の鋼板上に薄く流して
急冷し、白鋳鉄としたあと、これを振動ミルで粉砕後3
25メツシュ以下の粉末を得た。
次に、この鋳鉄粉末と、還元鉄粉とを、最終的に得られ
る焼結体のC量が0.3%になるような割合で混合した
混合は■型混合機を用い、乾式で 。30分行なった。
混合粉末の圧縮成形は40mmφの孔を有する金型を用
いて行ない、40mr/LφX35mmの円柱状圧粉体
を作製した。
焼結は鋳鉄粉末の溶融点が約1150°Cと考えられた
ので1180°Cで30分間、10 Torrの真
空中で行なった。
次に、このようにして得られた焼結体を1150°Cで
数分間加熱し、55m11Lφの円形孔を有する金型内
で密閉鍛造を行なった。
その結果55mmφX13711712の円板状の試験
片が得られ、それから引張試験片と衝撃試験片を採取し
、試験に供した。
表1は常温で行なった引張試験と衝撃試験の結果を示し
たものである。
表1から明らかなように、本発明の方法によって得られ
た高密度鉄系焼結合金は従来合金に比べ、すぐれた強度
を有している。
すなわち、この発明の前段階で作製された焼結鋼1は鋳
鉄からの融液発生による緻密化と炭素の拡散によって鋼
になったものであり、これだけで従来法による焼結鋼あ
るいはCu粉を用いて液相焼結を行なったものに比べ強
度、延性ならびに衝撃値ともすぐれている。
さらに、これに熱間鍛造を加えるという本発明の方法で
は得られた焼結鍛造鋼はさらに一段とすぐれた機械的性
質を有している。
しかも、本発明の方法によって作製したプレフォームと
、従来法のFe粉とC粉を混合して作製したプレフォー
ムの変形能を比較すると、熱間自由圧縮鍛造において、
従来法によるものは約40%の圧縮率で割れが発生した
のに対し、本発明法によるものは約60%の圧縮率まで
割れが発生せず、変形能が大きいことが分った。
すなわち、これは、従来法によるものが固相焼結である
ので割れの発生源となりやすい気孔が多数残留するのに
対し、本発明法の場合は液相焼結により緻密化が大きく
、気孔の残留が少ないことによるものである。
実施例 2 実施例1で用いた鋳鉄粉末の炭素量は3.69%であっ
たが、本発明において使用する鋳鉄粉末の炭素量は本文
中に記載のとおり、2〜5%の範囲であれば通常の焼結
温度で液相を発生し、緻密な焼結鋼を得ることができる
すなわち、2〜5%Cの鋳鉄を添加した場合の焼結の機
構あるいは鋳鉄の作用は上記組成の範囲内でほぼ同様で
あり、同程度の特性を有する焼結鋼を得ることができる
表2は実施例と全く同様にして、Fe−4,2%C白鋳
鉄を用いて作製した焼結材ならびに焼結鍛造材の機械的
性質を示したものである。
これから分るように、焼結材(従来法)ならびに焼結鍛
造材(本発明の方法)はそれぞれ実施例1に示した結果
とほぼ同程度の値を示しており、本文中に記載のとおり
鋳鉄の炭素量が2〜5%であれば、その多少にかかわら
ず、すぐれた効果を有していることが容易に推測される
また、本発明の方法による焼結鍛造材は実施例1に示す
従来法などと比べてすぐれた機械的性質を有している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 102〜5%の他にMn、Si、P、Sのうち少なくと
    も1種の元素を含有゛するFe−C系合金粉末と、Fe
    粉末とをC0,1〜1.8%、Mn。 Si、P、Sの総量が10%以下となるように混合し、
    その混合粉末を成形したのちFe粉以外の合金粉末の容
    融開始温度以上1400℃以下で焼結し、これによって
    得られた焼結体を熱間で鍛造することを特徴とする、高
    密度焼結鋼の製造方法っ
JP49120971A 1974-10-22 1974-10-22 コウミツドシヨウケツコウノ セイゾウホウホウ Expired JPS5819738B2 (ja)

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