JPS593534B2 - 鉄銅系高密度焼結合金の製造法 - Google Patents
鉄銅系高密度焼結合金の製造法Info
- Publication number
- JPS593534B2 JPS593534B2 JP54096389A JP9638979A JPS593534B2 JP S593534 B2 JPS593534 B2 JP S593534B2 JP 54096389 A JP54096389 A JP 54096389A JP 9638979 A JP9638979 A JP 9638979A JP S593534 B2 JPS593534 B2 JP S593534B2
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- iron
- boron
- expansion
- sintered
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、鉄粉と銅粉を主成分とする圧粉体における
焼結時の銅膨張現象を抑制し、焼結時の寸法変化が少な
く、従ってまた従来のものよりも著しく高密度の鉄鋼系
焼結合金を得る方法に関するものである。
焼結時の銅膨張現象を抑制し、焼結時の寸法変化が少な
く、従ってまた従来のものよりも著しく高密度の鉄鋼系
焼結合金を得る方法に関するものである。
なお、鉄鋼系合金における銅は第２位の主成分であるか
ら、その組成割合は５０係以下でなければならない。
ら、その組成割合は５０係以下でなければならない。
従って、本明細書における「鉄鋼系合金」は０＜Ｃｕ％
≦５０と定義される。
≦５０と定義される。
鉄系の焼結材料の中で、最も一般的な合金元素として銅
が用いられており、Ｆｅ−Ｃｕ系は大部分の焼結材料の
基本成分となっている。
が用いられており、Ｆｅ−Ｃｕ系は大部分の焼結材料の
基本成分となっている。
然るにＦｅ Ｃｕ系は焼結時に「銅膨張現象」と呼ば
れる著しい焼結膨らみが生じるという工業上きわめて厄
介な特徴を持っている。
れる著しい焼結膨らみが生じるという工業上きわめて厄
介な特徴を持っている。
即ち、一般の焼結部品は、予め焼結時の寸法変化を見込
んだ寸法に作られた押型によって製品と全く同形状の圧
粉体を圧縮成形し、焼結した後必要に応じサイジングま
たはコイニング等の２次加工を行なって作られるので、
焼結中の寸法変化が著しい場合はそれだけ焼結体の寸法
のバラツキも大きくなり、これをサイジングしても所要
の高精度に矯正することが困難になる。
んだ寸法に作られた押型によって製品と全く同形状の圧
粉体を圧縮成形し、焼結した後必要に応じサイジングま
たはコイニング等の２次加工を行なって作られるので、
焼結中の寸法変化が著しい場合はそれだけ焼結体の寸法
のバラツキも大きくなり、これをサイジングしても所要
の高精度に矯正することが困難になる。
また焼結時に膨張する結果として、折角高圧で圧縮した
成形体の密度が低下してしまい、機械部品の材料として
必要な高密度が得られない。
成形体の密度が低下してしまい、機械部品の材料として
必要な高密度が得られない。
このような理由から、機械部品用としての焼結材料にあ
っては、経済性の面も含め焼結時に許容しうる寸法変化
率は、成形型の寸法基準で０．４％が限界とされている
。
っては、経済性の面も含め焼結時に許容しうる寸法変化
率は、成形型の寸法基準で０．４％が限界とされている
。
そこでこの銅膨張現象を抑えるため、従来から種々の工
夫が試みられている。
夫が試みられている。
その一つは炭素、リン、ニッケルなどの添加によって膨
張を抑制しようとするものであるが、満足な結果をもた
らす添加元素は未だ見出されていない。
張を抑制しようとするものであるが、満足な結果をもた
らす添加元素は未だ見出されていない。
即ち、炭素の添加は基材の銅量が低い範囲ではある程度
の効果を示すが、銅量が５％以上になると、希望通りの
寸法変化率に抑えることが不可能になる。
の効果を示すが、銅量が５％以上になると、希望通りの
寸法変化率に抑えることが不可能になる。
リンも炭素の場合と同様であり、また、炭素やリンを多
量に用いると焼結材が硬くなり、焼結後に行なうサイジ
ングが難しくなる。
量に用いると焼結材が硬くなり、焼結後に行なうサイジ
ングが難しくなる。
ニッケルも多量に添加すれば有効ながら、高価なので採
算がとれない。
算がとれない。
その他の元素については５後出の第１表に一括して掲げ
ることとする。
ることとする。
一方、低温での焼結によって膨張を防ぐという考えもあ
るが、銅膨張は純鉄のα−γ変態温度である９１０℃の
低温度でもすでに始まっており、これも実用になる方法
ではない。
るが、銅膨張は純鉄のα−γ変態温度である９１０℃の
低温度でもすでに始まっており、これも実用になる方法
ではない。
発明者らは第１表の例を含む数十様の添加物を検討して
本発明に到達した。
本発明に到達した。
即ち本発明は、添加元素にホウ素を選択し、これをリン
を含まない基材中に重量比で０．０３〜０．９％含有さ
せることを要旨とするものである。
を含まない基材中に重量比で０．０３〜０．９％含有さ
せることを要旨とするものである。
第１図は縦軸に焼結時の寸法変化率を、横軸に焼結材中
の銅含有率をとって、鉄粉と銅粉との混合粉の圧粉体を
焼結する際に生じる寸法変化に対して、ホウ素の有無が
如何に影響するかを示したグラフである。
の銅含有率をとって、鉄粉と銅粉との混合粉の圧粉体を
焼結する際に生じる寸法変化に対して、ホウ素の有無が
如何に影響するかを示したグラフである。
試料の作成は粒度１００メツシユ以下で純度９９％以上
のアトマイズ鉄粉、粒度が２００メツシユ以下で純度９
９．６％以上の電解銅粉の所定量、潤滑剤のステアリン
酸亜鉛０．５％、それにホウ素を含有させる試料の場合
のみ、粒度が２５０メツシユ以下でホウ素含有量が２０
係のフェロボロン粉を所定量配合して十分に混合し、５
１、Ａ７ｎ２の成形圧で大きさ１２．７ Ｘ ３１．８
Ｘ ５ｍｍの試験片に成形し、焼結はアンモニア分解
ガスを雰囲気とする焼結炉により１１３０℃で３０分間
行なった。
のアトマイズ鉄粉、粒度が２００メツシユ以下で純度９
９．６％以上の電解銅粉の所定量、潤滑剤のステアリン
酸亜鉛０．５％、それにホウ素を含有させる試料の場合
のみ、粒度が２５０メツシユ以下でホウ素含有量が２０
係のフェロボロン粉を所定量配合して十分に混合し、５
１、Ａ７ｎ２の成形圧で大きさ１２．７ Ｘ ３１．８
Ｘ ５ｍｍの試験片に成形し、焼結はアンモニア分解
ガスを雰囲気とする焼結炉により１１３０℃で３０分間
行なった。
第１図に示すように、ホウ素を含まない試料は銅の添加
および添加量の増加と共に膨張率が増大して銅８〜１０
％でピークに達し、以後漸減するものの銅含有量５係で
の膨張率は金型寸法基準で２％、銅含有量８％では約２
．５％も膨張する結果となっている。
および添加量の増加と共に膨張率が増大して銅８〜１０
％でピークに達し、以後漸減するものの銅含有量５係で
の膨張率は金型寸法基準で２％、銅含有量８％では約２
．５％も膨張する結果となっている。
そして、前述の理由から寸法変化を０．４％以下に抑え
る場合には銅の含有量を１φ迄に止める必要があり、合
金の緒特性が制約されることになる。
る場合には銅の含有量を１φ迄に止める必要があり、合
金の緒特性が制約されることになる。
これに対して、ホウ素を０．２５％含有するものは、銅
の含有量の如何に拘らず一貫して収縮する結果を示して
いる。
の含有量の如何に拘らず一貫して収縮する結果を示して
いる。
また、収縮率を０．４％以下に抑える場合でもなお、銅
を８係迄含有させられることを示している。
を８係迄含有させられることを示している。
次に第２図は、銅膨張現象を抑えるのに必要なホウ素含
有量の下限値を求めるために、膨張率の大きい８％銅に
ついてホウ素量と寸法変化率との関係を示したものであ
るが、この結果によれば、ホウ素は僅か０．０３％から
有効に作用している。
有量の下限値を求めるために、膨張率の大きい８％銅に
ついてホウ素量と寸法変化率との関係を示したものであ
るが、この結果によれば、ホウ素は僅か０．０３％から
有効に作用している。
第３図は焼結温度と寸法変化との関係について示したも
ので、ホウ素を含まないものは焼結温度が高くなるにつ
れて膨張が大きくなるのに対し、ホウ素を含有するもの
は焼結温度の上昇につれてむしろ収縮する。
ので、ホウ素を含まないものは焼結温度が高くなるにつ
れて膨張が大きくなるのに対し、ホウ素を含有するもの
は焼結温度の上昇につれてむしろ収縮する。
なお図中の焼結温度零は便宜的表現で、焼結前の圧粉体
を意味するものである。
を意味するものである。
第３図からも明らかなように、銅膨張現象は約８００℃
付近から始まり、純鉄のα→γ変態温度以上で活発にな
り、銅の融点１０８３℃以上で激しくなる。
付近から始まり、純鉄のα→γ変態温度以上で活発にな
り、銅の融点１０８３℃以上で激しくなる。
その理由は、鉄−銅合金化説、つまり銅原子が鉄の結晶
格子内に拡散することに基づく鉄管路の膨張説、および
残留銅液相の鉄粉粒界浸入による鉄粒界の分断と拡散に
よる鉄管路の膨張によって説明される。
格子内に拡散することに基づく鉄管路の膨張説、および
残留銅液相の鉄粉粒界浸入による鉄粒界の分断と拡散に
よる鉄管路の膨張によって説明される。
然るにＦｅ Ｃｕ系にホウ素が添加されると、ホウ素
は鉄の結晶粒内に、Ｆ ｅ −Ｃｕ−Ｂの３元共析相と
して析出する。
は鉄の結晶粒内に、Ｆ ｅ −Ｃｕ−Ｂの３元共析相と
して析出する。
この相は１０５０℃以上から急激に現われるが、この相
の析出は鉄の結晶格子内に拡散している銅の濃度を少な
くする作用をするため、鉄格子の膨張がなくなる。
の析出は鉄の結晶格子内に拡散している銅の濃度を少な
くする作用をするため、鉄格子の膨張がなくなる。
またホウ素はＦ ｅ −８となったとき炭素の場合と同
じく銅の拡散を妨げる作用があり、これらの総合効果に
よって銅膨張現象が抑制されるものと考えられる。
じく銅の拡散を妨げる作用があり、これらの総合効果に
よって銅膨張現象が抑制されるものと考えられる。
次に粉末冶金法による鉄系機械部品材料の中で最も多く
使用されている鉄鋼系焼結鋼について、寸法変化が極大
値を示す８係銅を選び、ホウ素の有無と炭素の含有量が
寸法変化に及ぼす影響を求めた。
使用されている鉄鋼系焼結鋼について、寸法変化が極大
値を示す８係銅を選び、ホウ素の有無と炭素の含有量が
寸法変化に及ぼす影響を求めた。
第４図はこの結果を示したもので、炭素の添加は黒鉛微
粉により、試験片の製作などは全て前述した第１図の場
合と同じ条件で行なったものである。
粉により、試験片の製作などは全て前述した第１図の場
合と同じ条件で行なったものである。
第４図から明らかな如く、ホウ素を含有しない比較材の
場合は、銅膨張現象が炭素の作用によりある程度は抑制
されるもののなお不十分であり、さらに、焼結体の表面
の硬さも炭素量０．２％以上ではロックウェルロスケー
ルで７０以上と硬くなるため、サイジングによる寸法精
度の向上は期待できない。
場合は、銅膨張現象が炭素の作用によりある程度は抑制
されるもののなお不十分であり、さらに、焼結体の表面
の硬さも炭素量０．２％以上ではロックウェルロスケー
ルで７０以上と硬くなるため、サイジングによる寸法精
度の向上は期待できない。
これに対して、適量のホウ素を含有するものはその収縮
が炭素との相互作用によって緩和され、焼結時の寸法変
化を事実上塔に近付けられることを示している。
が炭素との相互作用によって緩和され、焼結時の寸法変
化を事実上塔に近付けられることを示している。
しかも、ホウ素を含有する場合は焼結材の表面硬さが炭
素量に拘らずＢスケールで７０以下に止まり、サイジン
グ上の問題もない。
素量に拘らずＢスケールで７０以下に止まり、サイジン
グ上の問題もない。
ここで、ホウ素と同じような働きをすると考えられる元
素の実験結果の一部を第１表に示す。
素の実験結果の一部を第１表に示す。
それぞれホウ素と囲域、化学的性質類似、合金性の類似
などが試用の根拠であるが、結局ホウ素以外に採るべき
ものは見出せなかった。
などが試用の根拠であるが、結局ホウ素以外に採るべき
ものは見出せなかった。
次に、上述した組成以外の鉄−銅系焼結合金についての
実験結果を第２表に示す。
実験結果を第２表に示す。
いずれの場合にもＢの添加によって膨張量が減少し、本
発明が鉄−銅系全般に適用できることを示している。
発明が鉄−銅系全般に適用できることを示している。
発明者等は更にＦｅ−Ｃｕ系材において高調側における
ホウ素の影響について具体的に調査した結果、適量のホ
ウ素添加により銅溶浸と同レベルの密度まで向上させる
ことを発見した。
ホウ素の影響について具体的に調査した結果、適量のホ
ウ素添加により銅溶浸と同レベルの密度まで向上させる
ことを発見した。
第５図はこの興味ある結果を示すもので、即ちホウ素を
含まないものは銅の含有量＋数条台までその密度比が急
減し、以後反転するものの含銅率４０％に至って漸く純
鉄のレベルに戻るのに対して、ホウ素を０．１多含有す
るものはその密度比が銅量の増加につれて一様に増大し
、銅量１５係においてすでに９２係以上の高密度に達し
ている。
含まないものは銅の含有量＋数条台までその密度比が急
減し、以後反転するものの含銅率４０％に至って漸く純
鉄のレベルに戻るのに対して、ホウ素を０．１多含有す
るものはその密度比が銅量の増加につれて一様に増大し
、銅量１５係においてすでに９２係以上の高密度に達し
ている。
これは、従来は銅溶浸法によってはじめて到達できる領
域であって、即ち本発明は多くの工程を要する銅溶浸法
によらずに、それと同等以上の高密度・高封孔性の焼結
材を単一の工程で生産することを可能にしたものでもあ
る。
域であって、即ち本発明は多くの工程を要する銅溶浸法
によらずに、それと同等以上の高密度・高封孔性の焼結
材を単一の工程で生産することを可能にしたものでもあ
る。
さて、銅膨張の抑制−緻密化というこの発明の帰結とし
て、この発明に係る焼結材はその諸性質が当然に向上し
ている。
て、この発明に係る焼結材はその諸性質が当然に向上し
ている。
ここでその一部について述べれば次の通りである。
第６図は銅８係含有の鉄−鍋焼結材についての実験例で
あるが、ホウ素の微量の添加により伸びおよび引張り強
さが急増し、添加量０．１５％前後で極大値に達してい
る。
あるが、ホウ素の微量の添加により伸びおよび引張り強
さが急増し、添加量０．１５％前後で極大値に達してい
る。
尤も過剰の添加はこれらの特性については却って有害の
ようであり、伸びを重視する場合は０．７５％以下に止
めるのが好ましく、引っ張り強さの点からは最大０．９
％までに止めるべきである。
ようであり、伸びを重視する場合は０．７５％以下に止
めるのが好ましく、引っ張り強さの点からは最大０．９
％までに止めるべきである。
なお、焼結材に熱処理を施すと、伸びは一般に低下する
が、ホウ素を含有するものはその低下率が小さいことが
判明している。
が、ホウ素を含有するものはその低下率が小さいことが
判明している。
また、これに伴い衝撃値も向上する。
第３表に銅３％、クロム０．３％、炭素０．０５％を含
有する鉄鋼系焼結材とこれにホウ素０．１５％を添加し
たものとの比較データを示す。
有する鉄鋼系焼結材とこれにホウ素０．１５％を添加し
たものとの比較データを示す。
さらにこの発明は、鉄鋼系焼結材を鉄心などの磁性部品
として用いる際にも有用である。
として用いる際にも有用である。
即ち、鉄系焼結材に銅を添加すると、その保磁力が向上
する反面部材の膨張→密度低下に従って磁束密度は低下
する。
する反面部材の膨張→密度低下に従って磁束密度は低下
する。
しかるに、この発明によれば部材の膨張即ち磁束密度の
低下が防止され、磁気特性の良好な焼結材を得ることが
できる。
低下が防止され、磁気特性の良好な焼結材を得ることが
できる。
以上の如く、本発明は鉄鋼系焼結材の機械的特性および
磁気特性の向上に寄与するものである。
磁気特性の向上に寄与するものである。
第１図は鉄鋼系焼結材の銅含有率と寸法変化率との関係
に対するホウ素の影響を示すグラフ、第２図はホウ素の
含有量と寸法変化率との関係を示すグラフ、第３図は焼
結温度と寸法変化率との関係を示すグラフ、第４図は炭
素含有量と寸法変化率との関係を示すグラフ、第５図は
銅の含有量と密度比との関係を示すグラフ、第６図は引
張り強さおよび伸びに対するホウ素の影響を示すグラフ
である。
に対するホウ素の影響を示すグラフ、第２図はホウ素の
含有量と寸法変化率との関係を示すグラフ、第３図は焼
結温度と寸法変化率との関係を示すグラフ、第４図は炭
素含有量と寸法変化率との関係を示すグラフ、第５図は
銅の含有量と密度比との関係を示すグラフ、第６図は引
張り強さおよび伸びに対するホウ素の影響を示すグラフ
である。
Claims (1)
- １ 鉄鋼系焼結合金の製造に際し、鉄および銅を主成分
とし、リンを含まず、且つ重量比で０．０３〜０．９％
のホウ素を含有する混合粉を所定の形状に成形して焼結
することを特徴とする、焼結時の寸法変化が少なく、高
密度で、且つサイジング性の良い鉄鋼系焼結合金を製造
する方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54096389A JPS593534B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 鉄銅系高密度焼結合金の製造法 |
| US06/477,365 US4437890A (en) | 1979-07-28 | 1983-03-21 | Method of the preparation of high density sintered alloys based on iron and copper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54096389A JPS593534B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 鉄銅系高密度焼結合金の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5620142A JPS5620142A (en) | 1981-02-25 |
| JPS593534B2 true JPS593534B2 (ja) | 1984-01-24 |
Family
ID=14163594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54096389A Expired JPS593534B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 鉄銅系高密度焼結合金の製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4437890A (ja) |
| JP (1) | JPS593534B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63117442A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Nec Corp | 電子ビ−ム測定装置 |
| DE4106219A1 (de) * | 1990-02-27 | 1991-09-12 | Kobe Steel Ltd | Sinterpulver auf eisenbasis und verfahren zur kontrolle der dimensionsaenderung eines sinterprodukts aus dem pulver auf eisenbasis |
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| US4861373A (en) * | 1985-07-15 | 1989-08-29 | Scm Metal Products, Inc. | Infiltrated powder metal part having improved impact strength tensile strength and dimensional control and method for making same |
| CH667880A5 (fr) * | 1986-07-30 | 1988-11-15 | Claude Planchamp | Absorbeur de radiations nucleaires. |
| US4737340A (en) * | 1986-08-29 | 1988-04-12 | Allied Corporation | High performance metal alloys |
| JPH04259351A (ja) * | 1991-02-14 | 1992-09-14 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法 |
| JP3862392B2 (ja) * | 1997-02-25 | 2006-12-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 粉末冶金用鉄基混合粉 |
| JP3410326B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2003-05-26 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結合金の製造方法およびこの製造方法により製造された鉄系焼結合金並びにベアリングキャップ |
| JP2000192102A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Kawasaki Steel Corp | 粉末冶金用鉄基混合粉 |
| US6676894B2 (en) * | 2002-05-29 | 2004-01-13 | Ntn Corporation | Copper-infiltrated iron powder article and method of forming same |
| JP4253834B2 (ja) * | 2002-08-28 | 2009-04-15 | 三菱マテリアルＰｍｇ株式会社 | 摺動部品の製造方法 |
| KR100594602B1 (ko) * | 2003-04-28 | 2006-06-30 | 히다치 훈마츠 야킨 가부시키가이샤 | 구리 기재 저열팽창 고열전도 부재의 제조 방법 |
| KR101240051B1 (ko) * | 2006-11-20 | 2013-03-06 | 두산인프라코어 주식회사 | 내마모성 베어링 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE2251535C3 (de) | 1972-10-20 | 1975-10-16 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag, 7990 Friedrichshafen | Verwendung einer Pulvermischung für die pulvermetallurgische Herstellung von verschleißfesten Gegenständen |
-
1979
- 1979-07-28 JP JP54096389A patent/JPS593534B2/ja not_active Expired
-
1983
- 1983-03-21 US US06/477,365 patent/US4437890A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
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| JPS63117442A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Nec Corp | 電子ビ−ム測定装置 |
| DE4106219A1 (de) * | 1990-02-27 | 1991-09-12 | Kobe Steel Ltd | Sinterpulver auf eisenbasis und verfahren zur kontrolle der dimensionsaenderung eines sinterprodukts aus dem pulver auf eisenbasis |
| DE4106219C2 (de) * | 1990-02-27 | 1994-06-09 | Kobe Steel Ltd | Sinterstahlpulver für dimensionsstabilere Sinterkörper |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5620142A (en) | 1981-02-25 |
| US4437890A (en) | 1984-03-20 |
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