JPS5947345A - 耐摩性に優れた高強度焼結鋼の製造法 - 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】 （イ）技術分野 本発明は耐摩性に優れた高強度焼結鋼の製造方法に関す
るものである。

（ロ）技術の背景 耐摩性焼結合金としては多くの材料が開発され現在既に
自動車エンジンのバルブシートリングなどとして実用化
されているが、これらは耐摩性を主眼として開発されて
来た為靭性に乏しく、ギヤー、スプロケット等の耐摩性
と共に、強度、靭性全も必要とする部品には適用が困難
であった。

従って、この様な部品に供される焼結材料としてはＦｅ
　−Ｃｕ　−Ｃ系あるいはＦｅ　−Ｎｉ−Ｃ系の材料に
浸炭焼人、焼戻処理を施こし表面硬さを上げることによ
って耐摩性と強度を持たせる方法が主体となっている。

しかしながらこれらのＬ’ｃ−Ｃｕ　−Ｃ系おｊ：びＩ
・”ｅ−Ｎ夏−Ｃ系の材ｆ゛トの場合、浸炭た６人、焼
戻後の靭性はバしく　底’Ｆ　Ｉ、、ンヤルピー衝’ｉ
’；’−値（ノノヂなし）で０．５都・ｍ　／ｃｎｒ２
以１ことなり術゛１ｚ重電荷かかる部品には適用が困ｙ
准であった。

Ｑ→発明の開示 この様な問題を解決する為に本発明りらはＣｒ系の合金
鋼に着１ｊＬ、焼結条件ｔコン４トロールすることによ
り強度、靭ｔｌＥに優れた焼結’ｆｊｆＱ　分作成しこ
れに窒１ヒ処理を施こすことにより耐摩１（ｌＥと強度
靭性を兼ね備えた焼結鋼が得られることを見い出した。

以Ｆに本発明の詳細な説明する。

第１表は本発明で使用する材料の代表（ヒ学組成を示し
たものである。

第　　１　　表 Ｃｒ、　ｈ４ｎ　　を含む材料はＮｉを含む材料に比べ
安価で、しかも高強度を得ることができる合金である。

しかしながら、Ｃｒ、へ４ｎはいずれも易酸ｆヒ性の為
アンモニア分解ガス、変成ガスあるいは水素ガス等の従
来の焼結炉では十分に還元出来ず、その為得られた焼結
体は十分な強度、靭性が得られないという問題を有して
いた。従ってこの様な材料に単に窒化処理を施こしても
表面硬さが上がり耐摩性が改善されるだけで、必要な強
度、靭性は得られない。本発明の骨子は強度、靭′Ｉη
：の優れた焼結体を作成し、これに窒化処理と施こし耐
摩性分付与するというものである。

そこで次に本発明の特徴である焼結条件について述べる
。

Ｃｒとｈ４ｎ　ｆ：比較した場合、周知の床にへ４Ｈの
方がより易ＭＩｆヒ性で還元が困難である。そこで随］
酸ｔヒ物の還元反応を例にとって焼結条件シてついて述
べる。

次式は本発明での焼結中におけるＭｎＯの還元反応分示
した式である。

へ４ｎＯ→　Ｍｕ　　Ａ−−０２１ぐ、］　＝　　１〜
２２　　　・・・・・・・　■Ｄ’Ｇ　結ｔＱ　度ｋ　
１２５０　’ＣトＬ／　；’Ｃ場ｒ＋、１気組丁で」―
記反応を促進させるには、雰囲気の酸素分圧（Ｐｏ　２
　）が１．０ＣｉＸｌＯ”ａｉｍ以Ｆであることが必要
となる。

しかしながら従来の焼結雰囲気ではこの様な条件を満た
すことは困難であり、その為従来の焼結方法ではどうし
ても焼結後へ１ｎの酸化物が残留し、これらの酸ｆヒ物
が強度および靭性の低ｌζをもたらす原因となっていた
。

また、従来の焼結方法ではＣ分＾む材料の場合Ｑこは還
元反応が母材のＣと反応して生じる為得られた焼結体は
脱炭が生じＣ量のコントロールが困難となる問題がある
。この様な問題を解決する方法として本発明者らは真空
雰囲気中に還元性ガスと導入し、■気圧以ドの減ｊビト
゛にコントロールすることにより還元反応を促進できる
ことを見い出しな。具体的には炉内ｆ　ｌ　Ｏ−”　Ｔ
ｏｒｒ　　以１５の真空にした後７００−０００″Ｃ迄
昇１１１＾する。７ｏｏ〜９００°Ｃに達した後、還元
性ガスに導入し焼結温度迄加熱し、焼結温度保持終了迄
還元性ガス導入を続ける。この時の炉内圧力は３０〜３
００Ｔｏｎの範囲でコン４トロールする。

ここで７００〜９　Ｑ　Ｑ　’Ｃ迄真空中で加熱する理
由はこの間に焼結試料中のガス分除去することと、７０
０〜９００°Ｃ以丁の温度では還元反応が１゛分に起こ
らない為に還元性ガス導入の効果が少い為である。

次に焼結終了後の冷却条件であるが、冷却はガス気中で
行い、冷却速度は少くとも９００′”０１５００°Ｃの
温度範囲においては１０″Ｃ／分以」二の速さで行うこ
とが必要である。この理由はこの温度範囲の冷却速度が
遅いとげイ４にフェライトの生成が起こり得られた焼結
体の組織はフェライトとパーライトがモザイク状に分離
した組織となり、母地の硬さが低ドし十分な強度が得ら
れないが冷却速度が］０°Ｃ／分以上であると焼結後の
試料は均質なベーナイト伏の組織となり優れた強度特性
が得られる。

次に焼結体の密度であるが、密度は７．１　ｇ／ｃｍ”
以上であることが望ましい。焼結体密度が７１ｇｋ７ｎ
３以下であると１−分な強度、靭性が得られないことと
、密度が凹くすると空孔が多くなる為に窒化処理した場
合窒化物が空孔全通して内部深くまで生成される為、Ｈ
料自身が脆くなるためである。

次に窒化処理について述べる。窒化処理の方法について
はタフトライド処理、あるいはガスによる窒化いずれで
も良いが４１５度は５００　”０〜５８０°Ｃの範囲で
行うことが望ましい。

この理由は５００°Ｃ以下では窒化が不１−分となりト
分を硬度が得られないこと、５８０°Ｃ以上では窒１ヒ
過剥となり焼結体中の空孔全通して窒化物の形成が内部
まで進み材料が脆くなるからである。

次に実施例により本発明と説明する。

実施例Ｉ Ｊ’ｃ−１，Ｏｗｔ　％Ｃｒ　−０，８ｗｔ％Ｍ１＋　
−０，２５ｗｔ　％Ｍｏ　　の合金δ）末に、（］、５
５ｗｔのＣ粉末を添加混合した後、プレスにより密度が
７．１　ｇ／ｃｍ”の成形体を作成した成形体の寸法は
１０　ｍｍＸ　Ｉ　Ｑ　＋１ｌＩｌｌＸ　５５　ｍｍ　
である。１−１〕、原料の合金粉の酸素量は０．１７係
である。得られた成形体を本発明である減圧焼結法で焼
結すると共に、比較の為アンモニア分解ガスＩＩ２ガス
及び真空雰囲気でも焼結を行った。焼結温度及び時間は
いずれの場合も１２５０°ＣＸ３０分で行った。

−！に冷却速度についてもいずれの場合も５００°Ｃよ
り高温域では１０’Ｃ／分以上シこなる条件で行った。

得られた焼結体の各々残留０２最、表面硬さ、衝撃値及
び１元折力の１ｌｌｊｌ定に行い比較に行った。

その結果を第２表に示す。

第　　２　　表 本発明による焼結法では焼結後の酸素量（３）：１也の
焼結法よりも低い値に示し、還元が１−分に進んでいる
ことが確認てきた。また抗４）１ツバ衝′１？値共に本
発明法による試料は最高の値企示し、本発明の効果を確
認することができた。

実施例２ 実施例１で得られた焼結体にクフトライド処理に行った
条件は５５０’ＣＸ３０分である。処理後の試料につい
て各々硬さ、衝１１％値、抗折力の測定を行った。その
結果を第３表に示す。

第　　３　　表 窒化処理した材料は、硬さについては各試料で大きな差
は見られなかったが、衝°ｌｐ値、抗折力については本
発明法によるものが最高を示した。このことは処理ｍＳ
の焼結体の強度、靭性が処理後にも反映されること全示
し、本発明の効果を確認することができた。

また、」−表で明らかな様に本発明法による窒化処理４
４は表面硬さは従来の焼結鋼の熱処理利！ｌｆ；、みの
硬度分有し、しかも衝撃値は１．５πｌ・ｌ１ｌｋｎ１
２以上と従来の焼結鋼の熱処理（Ａでは得られなかった
高い靭性に示していることがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１Ｃｒ　０．７〜１．２重量％、へＩｎ　０．５〜
   １，０重量％、Ｍｏ　Ｑ、　２〜０．３重量％を含み残
   部がＦｅからなる合金粉末に０．３〜０．８重量％のＣ
   粉末を添加混合した粉末分所定形状に型押成形後、焼結
   後の試料中の残留潴素量が６００円）ＩＩＩ以Ｆとなる
   ような条件Ｆの減圧下の還元性雰囲気で焼結し、焼結後
   表面に窒１ヒ処理を施こすことを特徴とする耐摩性に慶
   れた高強度焼結鋼の製造法。 （２）焼結後の密度を７．１　ｇ／ｃｍ”以上にするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の１射摩性に
   凝れた高強度焼結鋼の製造法。 （３）焼結後の窒化処理？＋１１Ｅ度が５００’Ｃ〜５
   ８０″Ｃ処理時間が２０〜６０分であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１〜２項記載の耐摩性に濁れた高強
   度焼結鋼の製造法。 （４）窒化処理がタフＩ・ライド処理あるいはガス窒化
   処理であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項
   記載の耐摩性に優れた高強度焼結鋼の製造法。 （５）焼結終了後の冷却速度が少くともり〕００°Ｃ〜
   ５００°Ｃの温度域において１０’Ｃ／分以−にである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４４項記載の耐
   摩性に優れた高強度焼結鋼の製造法。