JPS5947358A

JPS5947358A - 耐摩耗焼結合金用鋼粉

Info

Publication number: JPS5947358A
Application number: JP57156392A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Takagi; 高城　重彰
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1982-09-08
Filing date: 1982-09-08
Publication date: 1984-03-17
Also published as: JPS635441B2

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、微細な焼結組織を有する高密度の耐摩耗焼結
合金を製造するに用いる合金鋼粉に関するものである。

従来、内燃機関のバルブロッカーアーム、カム、タペッ
トなど大きな面庄が加わる摺動表面部分またはかかる部
分を有する部品には耐摩耗性チル鋳鉄、熱処理鋼などが
用られてきたが、厳しい作動条件のもとではより優れた
耐久性が求められるに至っている。そのため、粉末冶金
法により得られるＣｒなどを含有する高炭素焼結合金を
使用する試みがなされている。すなわち、粉末冶金法に
よれば、所定の組成をもつ粉末あるいは複数種類の粉末
の混合物を金型内で成形し還元性あるいは中性雰囲気も
しくは真空中で十分収縮のおこる条件で焼結して、炭化
物が分散した高密度の耐摩耗焼結合金を得ることができ
る。

かかる焼結合ｔ金を製造するための金属粉としては、焼
結過程においてＦｅ中に拡散しにくいＣｒなどの合金成
分元素を予合金の形で含有させて溶製した溶融合金鋼を
噴霧法により粉化した合金鋼粉に拡散の容易なＣなどの
元素を混粉法によって添加したものが用いられている。

溶鋼流を水その他の液体流ジェットによって飛散凝固さ
せて粉末にする噴霧法によれば、金型成形を可能にする
不規則形状の合金鋼粉が得られる。また、従来の上述し
た耐摩耗焼結合金の製造に用いられる合金鋼粉の粒度は
、従来の噴霧純鉄粉あるいは噴霧ステンレス鋼粉、など
に準じて調製されるのが通常である。

上述した合金鋼粉を用いた剛摩耗焼結合金は、炭化物を
含有することによって高い硬さを有するが、炭化物が粗
大化すると耐衝撃性が損なわれるため、微細組織となっ
ていなけれならず、また、空孔の存在は耐ピッチング性
を著しく劣化させるため、低空孔率すなわち真密度に低
い焼結密度が要求される。しかしながら、従来の耐摩耗
焼結合金用合金鋼粉を使用して焼結を行なった場合、こ
れらの条件を同時に満たすことは極めて困難であった。

すなわち、炭化物が粗大化しない程度の焼結によっては
、高い密度が得られず、逆に高密度になるような焼結条
件によると炭化物が粗大化するほか、焼結時の収縮が不
均一になりやすく、焼結体に歪みが生ずるという問題点
があった。

この点を克服するため、焼結鍛造法あるいは熱間静水圧
プレス法により、高密度で微細な組織を有する耐摩耗焼
結合金製品を製造することも可能であるが、工程が複雑
で生産性が劣り、高価になるという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来法による問題点を解決し
て、高密庶で形状歪みが小さく、微細組織を有する焼結
合金を製造するための噴霧合金鋼粉を提供しようとする
ものである。

これがため、本発明による耐摩耗焼結合金用鋼粉は、重
量比でＣｒ３〜２０％、Ｓｉ０．３〜２％、Ｃ０．３％
以下、Ｎ０．２％以下を含み、かつ、平均粒径が３０〜
５０μｍの範囲にある噴霧鋼粉であることを特徴とする
。また、本発明による耐摩耗焼結合金用鋼粉には、所要
に応じて、ＮｉおよびＣｕあわせて５％以下、およびＶ
、Ｍｏ、Ｗの１種または２種以上をあわせて５％以下含
有させるのが好ましい。

本発明による合金粉の平均粒径は、ＪＩＳＲ６００で１
９５６に準拠したふるい分析による粒度分布の結果を用
いて規定される値で、＋１００メッシュを１６１μｍ、
−１００／＋１５０メッシュを１２６μｍ、−１５０／
＋２００メッシュを８９μｍ、−２００／＋２５０メッ
シュを６８μｍ、−２５０／＋３２５メッシュを５２μ
ｍ、−３２５メッシュを２２μｍとして算出したもので
ある。本発明による合金鋼粉を上述した平均粒径３０〜
５０μｍの粒度にする方法としては、噴霧時の噴霧ジェ
ット等を調整することによって、あるいはまた、必要に
応じ、噴霧後の粉末を焼鈍し、焼鈍時に焼結凝集した粒
子を解砕して所定粒度に調整することによって得られる
。

また、噴霧法としては、溶鋼を水または油などの液体流
ジェットによって噴霧する方法であればよく、装置上の
制約は無い。例えぱ、特公昭５２‐１９５４０号公報に
記載の方法を採用することができる。

以下、本発明鋼粉の成分組成範囲の限定理由を説明する
。

Ｃｒは、焼結体にあってＦｅ中に固溶して基地を強化す
るとともに、添加したＣと焼結中に結合して炭化物を形
成し、焼結体の硬さを増して耐摩耗性を向上させる。ま
た、噴霧時に溶鋼の表面エネルギーを減少させ、噴霧効
率が向上して、細かい粒度の鋼粉を得られやすくする効
果もあわせもつ。

Ｃｒ含有量が３％未満ではこれらの効果は小さく、２０
％を超えて含有させてもそれ以上の効果は得られない。

Ｓｉは、焼結体にあってＦｅ中に固溶して基地を強化す
るほか、噴霧時に溶鋼の酸化を防止する効果を有する。

０．３％未満では酸化防止の効果は見られず、２％を超
えると焼結体の硬さが低下し、耐摩耗性を損なう。

鋼粉中のＣおよびＮは、鋼粉の硬さを増して圧縮性およ
び成形性を損ねるので低く抑える必要がある。Ｃは０．
３％、Ｎは０．２％を超えると、６ｔ／ｃｍ２の圧力で
成形したときの圧粉密度が６ｇ／ｃｍ３未満となり、圧
粉体強度が極めて低くなるほか、焼結によって９５％以
上の高密度比を得ることが難しく、また、かりに高密度
が得られても、焼結による収縮量が大きいので焼結体の
歪みが大きくなる。なお、本発明による銅粉を用いた耐
摩耗焼結合金にＣを含有させるには、噴霧合金鋼粉に混
合法によって添加することが必要である。

また、前述したように、本発明による合金鋼粉に目的に
応じて、ＮｉおよびＣｕあわせて５％以下、Ｖ、Ｍｏお
よびＷあわせて５％以下の範囲でＮｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ
、およびＷを含有させることができる。これらの元素は
いずれも混合法によって鋼粉に添加して焼結中に十分拡
散させることは難しく、したがって、噴霧法による合金
鋼粉製造時に予合金として含有させることが望ましい。

ＮｉおよびＣｕは焼結体にあってＦｅ中に固溶して基地
を強化するとともに、炭化物の微細化を可能にするが、
合計量が５％を超えて含有させてもそれ以上の効果は得
られない。Ｖ、ＭｏおよびＷは焼結体にあってＦｅ中に
固溶して基地を強化するとともに、添加したＣと結合し
て炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるが、合計量が
５％を超えるとむしろ靭性を損ねる。

不可避不純物としては、溶解素材から混入するＭｎ、Ｐ
、Ｓ、Ａｌなど、および、おもに噴霧中あるいは鋼粉焼
鈍中の鋼粉の酸化によって捕獲されるＯなどがあり、鋼
粉の成形性、圧縮性および焼結合金の耐摩耗性を損わな
いためにはこれらを合計量で２％以下に限定する必要が
ある。

次に、鋼粉の平均粒径を３０〜５０μｍに限定する理由
につき説明する。

水あるいは油などの液体を噴霧媒とする噴霧法は、比較
的自由に粉末の合金組成を選定することができる点、お
よび工程が簡単である点で、有利な鋼粉製造技術である
。したがって粉末冶金用として広く用いられているが、
通常の粉末冶金用鋼粉は、いずれもふるい分析による粒
度分布から求めた平均粒径が５０μｍを超えたものであ
る。ところが、炭化物分散熱の高密度焼結合金を得るた
めには、このような比較的粒度の粗鋼粉では十分な効果
が得られない。すなわち、粉末の粒度が粗いと焼結性が
悪いため、高密度の焼結合金が得られにくいとともに、
焼結中の合金の結晶粒も大きいため、粒界に形成される
炭化物が成長粗大化しやすい。また、圧粉体に大きな空
孔が存在するため、焼結中におこる収縮が等方均一に進
行しにくく。焼結体の形状が大きくなる。さらに、焼結
体に大きな空孔が残存して対ピッチング性を劣化させる
。しかも、とくに合金鋼粉にＰ、Ｂなどを含む粉末を混
合添加して焼結中に容易に液相を生じせしめ、比較的低
い温度で焼結させようとする場合、圧粉体の時点で存在
する大きな空孔を消失させることは難しく、Ｐ、Ｂなど
の添加の効果が十分発揮されないため、高い焼結密度が
得られがたい。

これらの問題点は、噴霧鋼粉の平均粒径を５０μｍ以下
とすることによってはじめて解決することができ、形状
歪みが小さく、焼結合金断面の６００倍程度の光顕観察
によって識別される炭化物の平均粒度が１０μｍ以下、
密度比が９５％以上の焼結合金を得ることができる。一
方、鋼粉の平均粒径を３０μｍ以下にすると、数μｍ以
下の微粉量が増加し、成形時の金型かじりなどの問題が
発生するとともに、通常の噴霧装置によって歩留り良く
製造することが困難となるため、平均粒径の下限を３０
μｍと定める。

以下、実施例について述べる。

特公昭５２‐１９５４０号公報に記載された水噴霧装置
を用い、溶鋼ノズル径６〜１４ｍｍ、水圧８０から１５
０ｋｇ／ｃｍ２、水・溶鋼比３〜６ρ／ｋｇの条件によ
り所定の組成の噴霧生鋼粉を製造し、アンモニア分解ガ
ス中７００〜９５０℃で焼鈍し、乳鉢中で解砕したのち
粒度構成し、いずれも８０メッシュ以下の本発明による
合金鋼粉および比較用鋼粉を第１表のごとくに得たつづいて、これらの合金鋼粉にステアリン酸亜鉛１％と
所定量の天然黒鉛粉、および、一部についてはフェロり
ん粉（２７ｗｔ．％Ｐ）を添加し、６ｔ／ｃｍ２の圧力
で、幅１０．０ｍｍ、長さ３５．１ｍｍ、厚み６．５ｍ
ｍの試験片を成形し、アンモニア分解ガス中６００℃で
８０分脱ろうしたのち、同一ガス中りんを添加しないも
のは１２００℃、添加したものは１１５０℃で、それぞ
れ６０分焼結した。

本発明による鋼粉および比較用鋼粉を使用した場合の圧
粉密度、焼結密度比、焼結体形状歪みおよび炭化物平均
粒度を第２表にまとめて示す。ここにおいて、焼結密度
比は真密度に対する比で示し、焼結体形状歪みは、同一
の試験片の幅の測定値に、測定位置によって最大０．０
２ｍｇを超える差がある場合に、歪みありと判定した。

また、炭化物平均粒度は焼結合金断面の６００倍の光顕
写真によって観察される炭化物の平均粒度を、同面積を
もつ円の直径に換算して示したものである。

本発明法による鋼粉Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを使用し
た試験番号１〜６はいずれも圧粉密度６ｇ／ｃｍ３以上
、焼結密度比９５％以上と好ましい値であり、焼結体形
状歪みが無く、しかも炭化物粒度が１０μｍ以下の微細
組織を有し、耐摩耗焼結合金として優れた性質を備えて
いる。

一方、試験番号７〜１１はいずれも比較用の鋼粉を使用
したものである。試験番号７および８は、それぞれ試験
番号１および４にくらべて、それぞれＣとＮの含有量が
本発明による範囲よりも高い鋼粉（ＦおよびＧ）を使用
しているため、圧粉密度が低く、その結果、圧粉体強度
が不十分なうえに、焼結ｊ中の収縮によって９５％以上
の焼結密度比を得ることができない。しかも、収縮が均
一に進行しないため、焼結体形状に歪みが出ている。

試験番号９〜１１は、それぞれ試験番号４〜６にくらべ
て、平均粒径が本発明による範囲よりも大きい鋼粉（Ｈ
、ＩおよびＪ）を使用しているため、炭化物粒度がいず
れも１０μｍを超えており、焼結合金の耐衝撃性の観点
から好ましくない。

第１図および第２図にそれぞれ試験番号６（本発明鋼粉
使用）および試験番号１１（比較鋼粉使用）の断面の光
顕組織写真を比較して示す。マトリックスはベイナイト
（黒）およびマルテンサイト（白）であり、炭化物（白
）が試験番号６では細かく点在して比較的球状であるの
に対し、試験番号１１ではマトリックスの結晶粒界に沿
って成長粗大化しているのが見られる。

また、試験番号９および１１にあっては、鋼粉の粒度が
粗いために圧粉休中に大きな空孔が存在し、その結果、
焼結中の収縮が不均一になりやすく、焼結体形状歪みが
大きい。さらに、Ｐを添加した試験番号１０では、これ
も鋼粉粒度が粗いためにＰの効果が発揮できず、本発明
による鋼粉を用いた試験番号５にくらべて焼結密度が低
くなることは前述したとおりである。

上述したように、本発明によれば、噴霧鋼粉の成分とと
もに粒度を所定範囲内に限定することによって、本発明
による焼結合金鋼粉を用いて高密度で、形状歪みが小さ
く、微細組織を有する耐摩耗焼結合金を製造し得るとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼粉を使用した焼結合金の断面の光顕組
織写真（６００倍）、第２図は、比較鋼粉を使用した焼結合金の断面の光顕組
織写真（６００倍）を示す。特許出願人　川崎製鉄株式会社代理人弁理士　杉村暁秀同　　弁理士　杉村典佳

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比でＣｒ３〜２０％、Ｓｉ０．３〜２％、Ｃ０
．３％以下、Ｎ０．２％以下を含み、残部Ｆｅおよび２
％以下の不可避不純物からなり、ふるい分析による粒度
分布から求めた平均粒径が３０〜５０μｍであることを
特徴とする耐摩耗焼桔合金用鋼粉。２、重量比でＣｒ３〜２０％、Ｓｉ０．３〜２％、Ｃ０
．３％以下、Ｎ０．２％以下、ＮｉおよびＣｕの１種ま
たは２種を５％以下を含み残部Ｆｅおよび２％以下の不
可避不純物からなり、ふるい分析による粒度分布から求
めた平均粒径が３０〜５０μｍであることを特徴とする
耐摩耗焼結合金用鋼粉。３、重量比でＣｒ３〜２０％、Ｓｉ０．３〜２％、Ｃ０
．３％以下、Ｎ０．２％以下、Ｖ、ＭｏおよびＷの１種
または２種以上を５％以下を含み、残部Ｆｅおよび２％
以下の不可避不純物からなり、ふるい分析による粒度分
布から求めた平均粒径が３０〜５０μｍであることを特
徴とする耐摩耗焼結合金用鋼粉。４、重量比でＣｒ３〜２０％、Ｓｉ０．３〜２％、Ｃ０
．３％以下、Ｎ０．２％以下、ＮｉおよびＣｕの１種ま
たは２種を５％以下、Ｖ、ＭｏおよびＷの１種または２
種以上を５％以下を含み、残部Ｆｅおよび２％以下の不
可避不純物からなり、ふるい分析による粒度分布から求
めた平均粒径が３０〜５０μｍであることを特徴とする
耐摩耗焼結合金用鋼粉。