JPS5923840A - 高強度焼結材料の製造方法 - 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】 の製醒方法に関する。

従来、粉末冶金法により高強度焼結機械部品を製へする
場合、純鉄粉に黒鉛粉、フエロアロイ粉、Ｏｕ粉、Ｎ土
粉およびＳｎ粉などを混合する混粉法か、または組織的
に均一で焼入性の齢れる合金鋼粉を用いる合金法で、成
形・焼結後に焼入・焼戻を施しており、混合法では圧縮
性か、合金法ではむしろ高強度が要求されていた。最近
の傾向として合金銅粉自体の圧縮性を向上し、高強度化
を預るようになってきている。しかし、このことは主な
需要先である自動車部品に用いられる場合、自動車の軽
量化と逆行することになる。

本発明者らは、従来技術における上記の問題点を解決す
るために、在来の還元鉄粉なみの圧粉密度、ずなわち６
６５〜７−１５９７ｃｍ８で充分な強度力（？尋られる
合金銅粉について鋭意研究した結果、まず焼入・焼戻陵
の引張強さを、焼結のままのす１張強さで除した値、即
ち熱処理強度比カミ２．２以上の合金−粉が高い強度を
示すこと。そして、そ１％Ｉｒこ（まＮｉ　、　Ｏｕお
よびＭＯを同時合金化したものカミ有効なこと。および
熱処理強度比と焼結鋼のＣ磁力ｉ高強度化に密接な関連
があることを見出した。

本発明はこの知見に基づいてなされたものである。すな
わち、重量百分率（以下］司じ）でＮｉｉ、。

〜３．５％、Ｏｕ　Ｏ，２〜２．５％およびＭＯ０，１
〜１．０％をＮｉ＋（３ｕ＋Ｍｏが１．３〜７．０％の
範囲で含み、力）ツＭｎ２．３％以下、Ｏｒ　１．５　
％以下、Ｓｎ　２．５　％以下およびｐ　Ｑ、２５％以
下の範囲で１種また（ま２種以上を含有し、残りはＯＯ
，０５％以下、ｓｉｏ、１％以下およびＣＩｏ、３５％
以下その細小川遊的に含まれる不純物とＢｒｅよりなる
合金銅粉を原ｒ［とし、該銅粉に黒鉛粉と固体潤滑剤粉
末とを混合したのち金型中テ圧粉密度６．５〜’７．１
５　ｇ／ｃｍ８＋コ成形し、？尖いで該圧粉体を非酸化
性雰囲気中で１１４１０〜１３００℃に焼結してＣＯ，
ａ〜０．６％、ＯＯ，２５％以下の焼結鋼としＡ。８変
態点プラス１０°Ｃから同１５０°Ｃｇ３温度範囲まで
加熱保持後曲焼入し、２５０°Ｃ以下の温度で焼戻して
、引張強さが９５ｋｇ／ａｍ”以上１３０　ｋｇ／ｍｔ
ｔＰ以下オＪ：　（Ｊ　７１％　処３７１　強ｆＪｌ　
比が２．２〜８．２の間にある高＠度焼結機械部品を得
る焼結材料の製造方法を内容としたものである。

以下本発明における各串瑣の限定地山を詳細に述べる。

Ｎｉ　、　ＯｕおよびＭｏはベルト炉における仕上還元
およびＲｘガス焼結を可能にするので他の元素との合金
化においては必須の元素である。Ｎｉはオーステナイト
結晶粒の粗大化を抑制し、焼入時の歪の防止に大きく寄
与する理由で１．０〜３．５とした。また、Ｃｕは２．
５％を越えるとｔ’ｇ、結ｉＺ？にＯｕのしみ出し現象
が現われて強度が急激に低下し、０゜２％に満たないと
強度向上に効果がないことから０．２〜２．５％とした
。ＭＯは１．０％を越えると鋼粉粒子が極めて硬化し圧
縮性および成形性を損なうことおよび０．１％未満であ
ると強度向上が計れないことから０．１〜１．０％とし
た。そしてＮｉ＋Ｏｕ＋Ｍｏ升よが１．８％に満たなく
てもあるいは７．０％を越えても熱処理強度比が小さく
なるため、その合計風は１．３〜７．０％でなければな
らない。

より好ましくはＮｉ２Ｂ、５０ｕの条件を満足するのが
良い。これはＮｉとＣｕは２元素合金において全率固溶
体を形成するが、鋼中ではＣｕ量に対して過判なＮｉ飢
でないと（ｊｕを完全に固溶し切れないからである。

ＭｎおよびＱｒは焼入性を向上し、炭化物を生成する元
素であり焼結鋼中に炭化物を微細に分布させ高＠度化を
計るために１種または２種は必蟹である。しかし、Ｍｎ
は２．８％、Ｃｒは１．５％を越えるとＭＯと同様銅粉
が異常に硬化し、圧縮性および成形性を低下させるので
２．８％および１．５％をそれぞれ上限値とした。

ＳｎおよびＰは炭化物を形成しないが、熱処理強度比向
」二に有効な元素である。特にｓｎは低温焼結に効果が
あるが、その量も２．５％を越えるとかえって強度が低
下するため２．５％を上限値とした。また、Ｐは少鼠添
加で強度向上に効果的であるが、０．２５％を越えると
銅粉の圧縮性が極端に低下することから０．２５％を上
限イ＋ｆｊとした。

Ｃも銅粉の圧縮性および成形性の面から可能な限り低く
おさえる必要があるが、０．０５％以下であればＨ′１
容できる。

Ｓｊおよび０は非金属介在物を形成して焼結性を背比さ
せ、しかも実質的な固溶Ｓｉ、ｋｆも減ることになって
強度低下を招くのでＳｊ−は０．１％以下、Ｏは０．３
５％以下でなければならない。

その細小可避的な不純物としてＳかあげられるが、０．
０３５％以下の存在はＮ′１容できる。

圧粉密度の上限は還元鉄粉で得られる７゜１５９７ｃｍ
８であり、下限は高強度化に最低・必ザな６゜５９７ｃ
ｍ８である。６．５　ｑ／Ｃｍ８未満では９５　ｋｇ／
ｍｍ２以上の引張強さは期待できない。

焼結は固体潤滑剤を混合して成形した圧粉体を非酸化性
雰囲気中で一旦脱ろうしてから黒鉛粉の均一拡散合金化
、銅粉含有Ｏ鍬の低減および粒子間の強固な結合化を推
進する意味で重要である。

その温度は１１４１０″Ｃ未満であると黒鉛粉の均一拡
散合金化が進まず、いわゆるｆｒｅｅ　Ｏが残存して耐
摩耗性は向上するが、強度が不十分となる。

一方、１３００°Ｃを超えると工業的な実施が困難でし
かも経済的に不利であるばかりでなく、その割には得ら
れる強度が本発明以下で好ましくなし）以」二の１１１
山から焼結温度は１１４０−１．３００″Ｃとしなくて
はならない。そして、この焼結により焼結鋼のＣ量を０
．３〜（〕、６％に、０鼠を０．２５％以下に抑える必
要がある。Ｃ００３〜０．６％は熱処ＩＪ１１１ｉ！１
２度比が２゜２以上を示す値テアリ、０ｔｉｔカｏ、２
５％を越えて多いと酸化物生成にょる固溶元素量が減少
し、焼入・焼戻しても合金鋼粉本来の強度向上が望めな
い。また、雰囲気はＡｒ　ｌ　Ｎ２などの不活性ガスや
Ｎ２　＋　ＡＸｒ　Ｒｘなどの還元性ガスおよび真空な
ど酸化しない雰ＩＩＪ１気であれば構わない。ただ、Ｍ
ｎおよびｃｒを含有する銅粉の焼結には雰囲気の露点を
適当に選ばないと酸化する恐れがあるから注意を要する
。

焼入温度は焼結鋼のＡＯ８変態点プラス１０°Ｃよりも
低いとオーステナイト化が不充分であったり、あるいは
一部フエライトが焼入後に残存したりして＠度低下を招
き、Ａｃ８変態点プラス１．５０″Ｃを越えて加熱保持
するとオーステナイト結晶粒が粗大化し、しかも焼入後
にオーステナイトが多量に残留してこれまた強度低下を
来たす。そのため焼入温度はＡｃ８変態点プラス１０〜
１５０°Ｃが最簡である。また、この焼入を焼結に引き
緑・いて行なうとＣの均一固溶状部が床たれたままで焼
入でき、・熱経済性の面からばかりでなく、より一層の
強度向上が計れるので好都合である。カ゛６人必の焼戻
は２５０°Ｃ以下の温度で行なえは充分である。それ以
上の温度では残留オーステナイトが分１イしたり、ε炭
化ｅ＋　（Ｆｅ　Ｃ）がセメンタイ）　（Ｆｅ　ａ　Ｏ
）にｉ化りま たりして強度低下に繋がる。

上記のｇＮ求の範囲の鋼粉の成形・焼結し、焼入・焼戻
して得られる焼結鋼の引張強さはり　ｉ、　Ｉｒｇ　７
ｍｍ”以上ｌ　３　Ｑ　ｋｇ／ｍｒｎ　　であり、しか
も熱処理強度比が２．２〜８．２の範囲になる。

以上、本発明の構成理由および限定理由を詳細に説明し
たが、次に実施例により本発明を具体的に説明する。

なお、第１表は各実施例において用いた原料銅粉の化学
組成で、第２表は粉体特性である。また、第３表は潤滑
剤としてステアリン酸亜鉛１゜０％を混合し、成形圧力
５　ｊ、７ｃｍ２の場合の圧粉密度とラトラー値を示し
たものである。

／ 第３表　圧粉体特性４ ※成形圧力５　ｔ／ｃｍ２、ステアリン酸亜鉛１．０％
これらの鋼粉は次のようにして製潰した。所定の化学組
成に調整した溶鋼をタンディシュのノズルから流下させ
て１５０　ｋｇ／ｃｍＱの高圧水で霧化粉砕し、脱水、
乾燥後に分解アンモニアガス中で９００°Ｃ×９０分の
仕上還元を行なった。その後ケーキをハンマーミルで解
砕して８０メツシユ以下に篩い分けた。

実施例１ 第１表の化学組成の銅粉すべてについて焼結鋼のＣ量が
約０．５％になるように黒鉛粉を混合し、ＪＳＰ’Ｍ引
張試験片を圧粉密度Ｂ。７９７ｃｍ８に成形して１１５
０°Ｃ１５０分ＡＸガスで焼結した。その後Ａ○８変態
点を測定し、それから６０°Ｃ高い温度に８０分間Ａｒ
中で保持して６０°Ｃの油中に焼入した。焼戻は１７０
°Ｃ２９０分油中で行ない、空冷した。その引張試験の
結果を第４表に示す。

第４表　焼結鋼の引張強さくｔｒｙ／ｍｒｎ”　）この
ように本発明鋼粉はいずれも９５に９／−以上の引張強
さおよび熱処理強度比２．２以上を示した「方、比較鋼
粉は焼入・焼戻後の引張強さが９５ｋｇ／ｌｎｍ　”に
は達せず、熱処理＠度比も２．２未満であった。

実施例２ 本発明鋼粉Ａ１および比較銅粉ｊ６１２を用いて焼結鋼
のＯ量を変更させた。圧粉密度は実施例１・と同（２）
６．７り、／′Ｃｍ８で焼結も１１５０°Ｃ１５０分Ａ
Ｘガス、焼入温度もＡ。斐態点プラス６０°ＣでＡｒ中
である。その結果を第１図に示す。このように焼結のま
まだと両鋼扮ともＱ　ｊｚ）の増加に伴ない引張強さが
上昇し、その差はわずかではあるが、焼入・焼戻すると
Ｃ鮎が０．８〜０．６％で引張強さが急激に増大し銅粉
による差が大きくなる。第２図は焼結ｖｇＣ量と熱処理
強度比の関係を示したものである。このようにＡＩ鋼粉
が０．８〜０．６％Ｃで２．２以上の熱処理強度比にな
っている。Ａ１２銅粉は比較的なだらかである。

実施例８ 実施例２と同様ｊ６１およびｊ６１２０６４粉を用い、
圧粉密度６．９り７ｃｍ８で１２００°Ｃ１５０分Ａｒ
およびＮ、中で焼結し、そのまま速やかに焼入温度に降
温して３０分間保持した後６０°Ｃの曲中に焼入した。

焼戻は１７０°Ｃ２９０分空冷である。その結果を第５
表に示す。この例でもわかるように本発明鋼粉の引張強
さはいずれも９５１Ｔｇ／ｍｍ　　を軽々と越えていた
。

実施例４ 実施例２および３と同様’　１　、Ａ１２の鋼粉を用い
てＪＳＰＭ引張試験片を圧粉密度６．７１；１７ｃｍ８
で１１５０°Ｃ１５０分Ａｘガス中で焼結した。焼結鋼
のＣ坦はいずれも０．４７％とし、焼入温度を変更して
引張試験を行なった。焼戻をま１７０′Ｃ。

９０分空冷である。なお、Ａｏ８変態点は両銅粉とも同
一で７６０℃であった。その結果を第３図に示す。Ａｌ
がＩ（ｘ　ｌ　２よりもかなり高強度となっているのが
わかる。両鋼扮＼ともＡｃ８プラス１５０°Ｃを越えて
加熱し焼入すると急歯に強度゛低下するのはオーステナ
イト結晶粒が粗大化することと焼入後にオーステナイト
が相当量変態し切れずに残留することが重なり合うため
と思われる。

以上説明したように、本発明によれば合金銅粉を使用し
て従来の還元鉄粉なみの圧粉密度で、しかも合金銅粉の
熱処理特性を活用して充分な強度が得られ、近年需要が
増加しつつある自動車部品などに用いて、＠度と軽以化
に頁献し得るしれた効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結鋼Ｃ量と引張強さとの関係を示すグラフ、 第２図は焼結ｆｊＡａ量と熱処理強度比との関係を示す
グラフ、 第８図は焼入温度と引張強さとの関係を示すグラフであ
る。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１Ｎ ・戊経価Ｃ量（％） 第２図 ｏｏ、２　０．４　０．６　０．Ｂ 焼糸古冷ｑ　Ｃ量（％） 第８図 方屯Ｘ席に度　（’Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重置百分率でＮｉ　１．ｏ　〜８．５　％　、Ｏｕ
   　０．２〜２．５％およびＭＯ０，１〜１．０　％をＮ
   土＋Ｑｕ＋Ｍｏが−１，８〜７．０％の範囲で含み、か
   つＭｎ２４％以下、Ｏｒ　１．５％以下、Ｓｎ　２．５
   ％以下およびＰ　Ｏ，２５％以下の範囲で１種または２
   種以上を含有し、残りはＯＯ，０５％以下、Ｓ１０．１
   ％以下および００．３５％以下その細小可避的に（・・
   含まれる不純物とＦｅよりなる合金鋼粉を原料として、
   該＠４粉に黒鉛粉と固体潤滑剤粉末とを混合したのち、
   金型中で圧粉密度６．５〜７−１５９／ｃｍ８に成形し
   、該圧粉体を非酸化性雰囲気中で１１４０〜１８００°
   Ｃに焼結して１ＧＯ０３へ・０．６％、００，２５％以
   下の焼結鋼とし、Ａ０８変態点プラス１０°Ｃから同１
   ５０℃の温度範囲で加熱保持後油焼入し、２５０°Ｃ以
   下の温度で焼戻をして、次式 で示される上記熱処理強度比が２．２〜３．２の範囲内
   であることを特数とする高強度焼結材料の製置方法。