JPS5920401A - 粉末冶金用合金粉末 - 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】 本発明は粉末冶金用合金粉末及びその焼結体に係り、特
に高密度、高強度の焼結体を与え得る粉末冶金用合金粉
末とそれから得られた焼結体（製品）に関するものであ
る。

近年、金属粉末から粉末冶金手法によって成形し、焼結
して得られる焼結部品（焼結体）の適用分野の拡大には
著しいものがあり、とりわけ液相を利用した高密度焼結
技術の発展により、高強度一部品の分野への進出には目
覚ましいものがある。

従来、かかる高強度部品への進出を１指したＣｒ系ステ
ンレ灸銅粉末を用いる粉末冶金では、Ｃ及びＰの同時添
加による燐化鉄共晶（Ｆｅ−Ｆｅ３Ｃ−Ｆｅ３Ｐ　）の
液相を利用して焼結密度を向上させ、加えてその共晶部
分が高硬度であるところから、その耐摩耗性を著しく向
上させている。そして、このような手法によって、工業
的には密度比で約９３％程度のものまでの焼結体の製造
が可能となり、比較的高密度な耐摩耗部品、例えば自動
車エンジン回りの摺動部材、食肉機械部品（カッター）
等への適用が図られてきている。

しかしながら、粉末冶金手法によって得られる焼結部品
の適用分野の更なる拡大には、より一層の性能向上が必
要であり、このため高密度、高強度を具備した焼結部品
の開発が望まれているのである。ところで、周知のよう
に、焼結部品の強度は主に（ａ）基地の強度、（ｂ）密
度比の影響を受け、そして基地の強度が高いほど、また
密度も高いほど、得られる焼結体の強度は向上されるの
である。

ここにおいて、本発明は、かかる焼結体の密度の向上、
ひいてはその強度の向上を図ることを目的とするもので
あって、このため従来からの０１Ｐの添加に加えて、更
にＭｎをも必須元素として添加しようとするものであり
、これは、本発明者等が詳細な実験を繰り返した結果、
成形圧力や焼結温度等の製造条件が同じである同一工程
で製造した場合に、Ｍｎの添加によって得られる焼結体
の密度が明らかに向上される知見を得たことに基づくも
のである。

すなわち、本発明は、粉末冶金用合金粉末としては、Ｃ
ｒ（りｏム）を７．（１〜８０．０％含むＦｅ−Ｃｒ系
合金粉末に、更に０１〜１．５％のＭ、ｎ（マンカン）
及び０１〜１．０％のＰ（燐）を合金成分として含有せ
しめてなることを特徴とするものであり、またこのよう
な粉末冶金用合金粉末に対して、０５〜５０％の割合の
炭素粉末を添加、配合して焼結せしめることにより、高
密度、高強度の焼結体が効果的に得られるのである。

ところで、かかる本発明において対象とされるＦｅ−Ｃ
ｒ系合金粉末は、Ｏｒを７．０〜８０．０％含み、残部
が実質的にＦｅからなるものである。

なお、かかる含有せしめられるＯｒは、基地を強化し、
炭化物を形成して耐摩耗性を付与し、更に耐酸化性を向
上せしめる等、高密度、高強度部品には必須の元素であ
り、その有効な添加効果を得るには７％が下限である。

また、Ｃｒの含有量が３０％を越えるようになると粉末
冶金操作における成形操作において圧縮性が−著しく低
下するようになる。このため、Ｃｒの含有量としては７
、Ｏ〜３０．０％の範囲が採用されることとなるのであ
る。

なお、このようなＦｅ−Ｃｒ系合金粉末には、その製造
工程中において必然的にＣやＳｉが含有せしめられるよ
うになるのであるが、このＣとしては、その含有量があ
まりにも多くなり過ぎると基地が硬化して粉末が硬くな
り、その圧縮性を著しく損ね、以て目的とする成形品を
得るのが困難となって粉末冶金用としては適さなくなる
ため、一般に０１％をその上限とすることが望ましい。

。 また、Ｓｌは粉末製造時の粉末表面酸化を抑制するのに
有効であり、このためその含有量が０．１％以上となる
ようにされるが、その過度の含有は、また粉末の圧縮性
を損ねることとなるため、その上限は４０％に止められ
る。

そして、このようなＦｅ−Ｃｒ系合金粉末に対して、本
発明では、更にＭｎ及びＰの所定量が合金成分として含
有せしめられることとなるのである。ところで、この含
有されるＭ　ｎは粉末の焼結密度の向上に顕著な効果を
示し、また焼結体の焼入れ性にも好影響をもたらす元素
である。このような効果、特に有効な密度向上効果を発
揮させるには、少なくとも０．１％以上のＭｎの添加が
必須であるが、あまりにもＭｎを過度に添加すると粉末
の表面酸化を助長し、更に粉末を球状化させる作用があ
って、その成形性を低下せしめることとなるため、その
上限を１．５％とする必要がある。

なお、かかるＭｎの含有量の好ましい範囲としては一般
に０．２〜０．７％である。また、ＰはＣの共存により
燐化鉄共晶を生成させるのに必須の成分であって、その
ような燐化鉄共晶の液相を利用して焼結密度を向上させ
る効果を期待するには、少なくとも０１％含有せしめる
必要があるのである。

一方、Ｐの過度の添加は粉末の圧縮性を低下させ、多量
の液相の出現による焼結湿度コントロールを困難にする
ところから、その上限は１０％である。

なお、かかるＰの好ましい含有量範囲としては０２〜０
．７％である。

また、かかるＦｅ−０ｒ系合金粉末には、上記の如きＲ
４ｎ及びＰの添加に加えて、更に必要に応して５．０％
以下のＭｏ（モリブデン）、５．０％以下のＷ（タング
ステン）、３０％以下のＶ（バナジウム）、及び５．０
％以下のＮ１）（ニオブ）のうぢの少なくとも１種が含
有せし、められる。こねらＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂは焼結体
中における炭化物の形成に有効であり、この目的のため
に添加されるのであるが、その合語の添加総量が１０％
を越えるようになると、その添加量に見合った効果が期
待され得す、むしろコスト高を惹起するのみであるとこ
ろから、その合語量は１０％以下とすることが適当であ
る。

さらに、その他、本発明に従う粉末冶金用合金粉末には
、上記合金成分の他、必要に応して更にＳやＮｉ、Ｂ、
Ｃｕ等の公知の添加成分が含有せしめられることとなる
。なお、Ｓの添加は粉末を微粉化して焼結密度を向上さ
せるのに寄与し、また適量のＮｉ、Ｂなどは焼入れ性を
向上せしめる利点がある。

そして、このような添加されるべき各成分は、前記Ｆｅ
−０ｒ系合金成分と共に溶融せしめられて、所定の合金
溶湯が調製され、次いてこの合金溶湯が公知の水噴霧や
ガス噴霧にょる噴霧法等の公知の手法によって所定の粉
末とされるのである。

なお、この公知の粉末化手法にて形成される本発明に従
う粉末冶金用合金粉末は、通常の粉末冶金用金属粉と同
様に適宜の大きさの粒子であり、そして適宜の粒度分布
を有するものであるが、一般に５００１１（・Ｉ■Ｓ３
２メツシュ）程度以下、好ましくは１５０μ程度以下の
粒径の粒子が用いられることとなる。

また、かくして得られた本発明に従うＦｅ−０ｒ系合金
粉末を用いて所定の焼結体（焼結部品）を得るには、従
来がら知られている各種の粉末冶金手法が採用されるも
のであるが、その際かがる合金粉末には０．５〜５．０
％、好ましくは１〜４％の割合（合金粉末重量に対する
もの）の炭素粉末が添加、配合せしめられる。この添加
配合される黒鉛粉末、カーボンブランク等の炭素粉末は
焼結時において燐化鉄共晶を生成せしめ、得られる焼結
体の密度を向上させるのに必須の成分であって、また焼
結体中に炭化物を生成せしめることによってその耐摩耗
性を著しく向上せしめる効果を奏する。なお、合金粉末
に対する炭素粉末の配合量が０５％未満では、目的とす
る共晶の生成量が少なく、従って所望の性能が得られず
、また５％を越える炭素粉末の添加は、共晶の粗大化を
招き、このため衝撃値を低下せしめる問題を生しる。そ
れ故、本発明に従う合金成分に対する炭素粉末の添加量
としては０５〜５％の範囲の値が採用されるのである。

また、かかる本発明に従う合金粉末と炭素粉末との混合
物は、常法に従って所望の形状に成形、特に加圧成形（
圧縮成形）せしめられて所望の成形品（圧粉体）が形成
され、次いでこれが高温度に加熱されることによって焼
結せしめられ、目的とする高密度、高強度の焼結体（焼
結部品）が得られるのである。

このように、本発明に従えば、Ｆｅ−０ｒ系合金粉末に
更にＭｎ及びＰの所定量を含有せしめることによって、
最終製品たる焼結体の密度並びに強度を著しく向上せし
め得るのであり、これによって焼結部品の適用分野の更
なる拡大が図り得ることとなったのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明に従ういくつかの実施例について説明するが、本発明
がかかる実施例の記載によって何等の制約をも受けるも
のではないことは言うまでもないところである。なお、
先に説明した各合金成分の百分率並びに以下の実施例に
おける百分率は、何れも特に断わりのない限り重量基準
で示されるものである。

実施例　１ 各種の化学組成を有する合金溶湯から、公知の水噴霧に
よる粉末化手法によって第１表に示される如き種々なる
合金粉末を製造し、次いでこれを篩分けして一１００メ
ツシュの分級物を取り出した後、その分級物重量に対し
て３％の割合の黒鉛粉末を添加せしめ、均一に配合せし
めた。次いで、その配合物を５　Ｌｏｎ　／　ｃｒＡの
圧力で加圧成形せしめ、５　ｍｍＸ　３　ｍｍ×３０　
ｍｍの寸法の成形品（圧粉体）を得て、これを１１３０
°Ｃ×３０分の真空焼結を施すことによって、焼結ステ
ンレス鋼の各種の試験片を製造した。

かくして得られた各種の試験片について、その焼結密度
を水浸法（ＪＩＳ−Ｚ−２５０５）、で測定した後、支
点間距離２０ｍｍの３点曲げ試験を実施し、１それらの
結果をまとめて筈１表に示した。

第１表の結果から明らかなように、供試ＩＮｏ、１のも
のでは粉末中のＭｎ含有量が少ないために、得られた焼
結体の焼結密度が低く、抗折力が低い。

また、Ｍ　Ｔｌを多量に含有せしめた供試材Ｎｏ、　５
のものでは、粉末の成形時にクラックが発生してしまっ
たために、最後まで試験を続けることができなかった。

更に、供試材陥６のものでは、Ｐの含有量が少ないため
焼結密度が低く、抗折力も著しく低い値となっており、
一方Ｐを過剰に添加した隔９では共晶組織が粗大化した
ために、密度が上昇しているにもかかわらす、逆に抗折
力が低下しているのが認められた。

これに対して、本発明に従う供試材Ｎｏ、　２〜４及び
７，８のものにあっては、焼結密度が高く、また抗折力
も著しく優れているのである。

なお、供試材隔７及び９の焼結体のミクロ組織を明らか
にするために、それぞれの顕微鏡写真（４００倍）をそ
れぞれ第１図及び第２図に示すが、それら写真の比較か
らも明らかなように、本発明に従うＮｏ、７の供試材は
Ｎｏ、９のものよりもはるかに組織が細かく、それ数密
度と共に、抗折力も向上されていることが理解されるの
である。

第　　　　　　１　　　　　　表 実施例　２ Ｃの含有量が０．０５％以下に調製された種々なる化学
組成を有する各種の合金溶湯から、実施例１と同様にし
て水噴霧による粉末化手法にて各種の合金粉末を製造し
た。各粉末の化学組成は略第２表に示される通りである
（但し、Ｃを除く）。

そして、その得られた粉末のそれぞれをふるい分けして
一１００メツシュのものを集めた。次いで、この−１０
０メツシユの分級物に対して、第２表に示される如き各
種のＣ値を与える割合で炭素粉末をそれぞれ添加せしめ
、均一に混合せしめた後、実施例１と向鋒にして成形、
焼結して各種の試験片を製造した。焼結後の各供試材の
化学組成を第２表に示す。

得られた各試験片の評価結果を下記第２表に示すが、合
金粉末に対するＣの添加量の少ない供試材Ｎｏ、１’０
では、焼結密度が上がらず、抗折力が低い。一方、Ｃを
多量に添加した供試材Ｎ０１４では、共晶組織が粗大化
しているために、密度が向上されているにもかかわらず
、抗折力は低下しているのである。

これに対して、本発明に従う供試材Ｎｏ、１１〜１３の
ものは、何れも焼結密度、抗折力とも著しく改善されて
いるのが理解される。

第　　　　　　２　　　　　　表 実施例　３ 下記第３表に示される化学組成を有する合金溶湯を用い
て公知の水噴霧による粉末化手法によって、種々なる合
金粉末を製造した後、実施例１と同様にして分級し、更
にその分級物に対して炭素粉末を２％添加して均一にブ
レンドせしめ、更にその後実施例１と同様にして試験片
を製造し、特性を調査した。

その結果を第４表に示すが、かかる第４表から明らかな
ように、本発明に従う合金粉末から得られた焼結体Ｎｏ
、１６〜２１は、その焼結密度が著しく向上せしめられ
ており、またその抗折力も著しく向上されている。一方
、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを過剰に添加したＮｏ、２２．２
３のものでは成形が不可能であった。

なお、かかる効果は、水噴霧による粉末化手法に代えて
、他の手法であるガス噴霧による粉末化手法によって得
られた合金粉末であっても同様に達成されることが確認
された。

第　　　　　　３　　　　　　表 第　　　４　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ実施例１において得られ
た本発明に従う焼結体と比較例の焼結体の金属組織を示
す顕微鏡写真である。 出願人　　大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｏｒを７．Ｑ　〜８０．０％含むＦｅ−Ｃｒ系合
   金粉末に、更にｏ、　ｔ　〜−１，５％のＭｎ及び０．
   １〜１．０％のＰを含有せしめたことを特徴とする粉末
   冶金用合金粉末。 （２）前記Ｆｅ−Ｃｒ系合金粉末中に、０．１％以下の
   Ｃ及び０．１〜４０％の８１が含まれている特許請求の
   範囲第１項記載の粉末冶金用合金粉末。 （８）　　５．０％以下のＭｏ２Ｓ、０％以下のＷ、　
   ３．．０％以下の■及び５．０％以下のＮｂのうちの１
   種若しくは２種以上を更に含有せしめ、且つそれらの含
   有量の合計が１０％以下となるようにした特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の粉末冶金用合金粉末。 （４）Ｏｒを７．０〜３０．０％含むＦｅ−Ｃｒ系合金
   粉末に、更に０１〜１．５％のＭｎ及び０１〜１．０％
   のＰを含有せしめてなる粉末冶金用合金粉末に対して、
   ０．５〜５．０％の割合の炭素粉末を添加、配合して焼
   結せしめた、高密度高強度焼結体。