JPS596353A - 機械加工性を有する高力熱間成形粉末鉄合金の製造方法 - 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】 本発明は、強度が大きくかつ機械加工性が格別良好な点
に特徴がある高密度の鉄ベース粉末合金を製造する方法
に関する。

従来製造されている鉄合金の強度は、少量の銅を添加す
ると増加することが知られている。銅は強度を高めるこ
とについては望ましい結果をもたらすが、銅を使用する
と幾つかの有害な作用が生ずる。例えば、従来の鉄ベー
ス合金に銅を添加すると、鉄合金はしばしば熱脆性（ｈ
ｏｔ　ｇｈｏｒｔｉｎｇ　）、即ち、過度の内部亀裂を
生ずることになる。

かかる熱脆性の問題を克服するため、高密度の鉄ベース
合金を従来の粉末冶金技術により得ている。この方法に
よれば、鉄合金は、所望の合金を仕１寸法又は形状に成
形することによりつくられる。しかしながら、かかる合
金に機械加工を施こそうとする場合、機械加工性が乏し
いということで困難が生ずる。

従って、本発明の目的は、格別な強度と高度の機械加工
性を有する点に特徴がある高、密度の粉末鉄ペース合金
を製造する方法を提供することにあるＯ 本発明は、重量で約１．０乃至３８０パ・−セントの銅
と約０．１６乃至０３５パーセントの硫黄と約０４乃至
０，８パーセントの炭素と残部が鉄と約２．０　バーセ
ント以下の付随する不純物とからなる粒状（ｐａｒｔｉ
ｃｕｌａｔｅ　）混合物をつくる工程と、前記混合物を
所定の形状の予備成形品に成形する工程と、所望の合金
を得るのに充分な温度で前記成形品を焼結する工程と、
前記焼結品を熱開成形処理して理論値に近い密度を有す
る熱間成形品にする工程とを備えてなる機械加工性を有
する高力熱間成形粉末鉄合金の製造方法である。

本発明によればまた、重量で約１．０乃至３０パーセン
トの銅と約’（１４１ｉ６．、乃至０３５パーセントの
硫黄と約０４乃至０．８パーセントの炭素と残部が鉄と
約２．０パーセント以下の付随する不純物とからなる粒
状混合物をつくる工程と、前記混合物を所定の形状の予
備成形品に成形する工程と、所望の合金を得るのに充分
な温度で前記成形品を焼結する工程と、前記焼結品を熱
開成形処理して理論値に近い密度を有する熱間成形品に
する工程とを備えてなる方法により得られる熱開成形し
た粉末鉄ベース合金が提供されている。

本発明において使用される組成物は少量の銅、硫黄及び
炭素と主要成分として鉄とを含む◇かかる組成物は、マ
グネシウム、シリコン及びアルミニウムのような不純物
を２．０重量パーセントまで含むことができる。

本発明においては、粒状（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　）
の銅と硫黄と炭素と鉄と適宜の滑剤とを一緒に混合して
均質体を形成する。混合物の合金成分の量は、得られる
混合物が重量で約１．０乃至３．０パーセントの銅と、
約０．１６乃至０，３５パーセントの硫黄と、約０．４
乃至０８パーセントの炭素と、残部が鉄と約２０パーセ
ント以下の付随する不純物とからなるような量とする。

個々の合金成分は厳密な粒度のものにすることは要しか
いが、本発明に従って処理することができる予備成形品
が得られるように容易に圧縮することができるような粒
度のものにすることが望ましい。

本発明方法の必須要件ではないが、通常は合金成分の混
合物に滑剤（１ｕｂｒｉｃａｎｔ　）が加えられる０か
かる滑剤の添加により混合が容易になるとともに圧縮し
易くなる。このような目的には、種々の滑剤を使用する
ことができる。かかる滑剤には、ステアリン酸亜鉛及び
アクロワックス（ＡＣＲＯｗＡｘ）〔アメリカ合衆国、
ニューヨーク州、ニューヨークのグリコール・ケミカル
・インコーホレイテッド（Ｇｌｙｃｏｌ　Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｉｎｃ、　）社製の脂肪酸ジアミドの合成ワック
ス〕がある。本発明で利用されるかかるタイプの滑剤は
粉末冶金の技術分野では周知であるので、詳細な説明は
省略する。

上記した成分からなる均質混合物を調製してから、その
適量を使用して所定の形状を有する予備成形品を形成す
る０この成形処理は所望量の粒子混合物をモールド内で
圧縮することにより行なわれる。圧縮の程度は臨界的で
ないが、理論値に近い密度を有する焼結・熱間成形最終
製品を得るのに充分な程度まで圧縮するのが望ましい。

本発明の実施においては、未焼結合金材料を理論値の７
５パ一セント以上の密度に圧縮するのが望ましい０ このようにして圧縮された材料は次に、所望の合金組成
物を得るのに充分な濁度と時間をかけて焼結処理を行な
う。焼結の条件は所望の粉末金属合金製品を得るのに使
用する所定の成分の量によって左右される。本発明にお
いては、焼結は不活性雰囲気において行なうことができ
るが、制御された吸熱雰囲気（ｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｅ
　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｓ）を使用するのが望ましい。か
かる雰囲気は本技術分野では周知であるので、これ以上
の説明は省略する０焼結を行なった後は、材料に、熱間
鍛造のような熱開成形処理を施こす。この熱開成形（即
ち、熱間鍛造）は、熱間鍛造した粉末金属材料の密度が
理論値の９９パ一セント以上となるのに充分な程度まで
従来の態様で行なわれる。

このようにして得られた高力の、熱間成形粉末合金製品
は容易に機械加工を行危うことができる。

この製品は、格別の強度と優れた機械加工性を呈する鉄
ペースの粉末金屑製品である。

本発明を更に、以下に記載の好ましい実施例に関して説
明する。しかしながら、以下の実施例は本発明の単なる
例示であって本発明を何ら限定するものではない。

実施例 （４）適宜の混合機を選び、先づ混合機を原料鉄（ｒａ
ｗ　ｔｒｏｎ　）でパージして混合機から異物を除去し
た。

（Ｂ）　　次に、混合機に約５４　Ｋｇ　（７５ポンド
）の銅、約５．７　Ｋｇ　（１２１／！ボンド）の硫黄
（約１４Ｋｆ（５０ボンド）の炭素、約２５に９（５０
ボンド）の滑剤（ＡＣＲＯＷＡＸ　）及び約１１３４　
ｌｌ４（２５００ボンド）の鉄を装填し友。銅粉末は、
その全てが２００メツシユのスクリーンを通過するよう
な大きさにした。硫黄はその１００パーセントが５２５
メツシユのスクリーンを通過する大きさにした。炭素は
、その全てが３２５メツシユのスクリーンを通過する大
きさにした。また鉄粉末は、その全てが８０メツシユの
スクリーンを通過する大きさにした。。この鉄粉末の粒
度分布をパーセントで表わすと、８０から１００メツシ
ユのものが０．１パーセント、１００から１４０メツシ
ユが１２．１パーセント、１４０から２００メツシユが
２９５パーセント、２００から２３０メツシユのものが
１５．４パーセント、２５０カら３２５メツシユのもの
が１９．３パーセント、３２５メツシユを通過したもの
が２５．６バーセントであった。

滑剤は、その９９９バーセントのものが５２５メツシユ
のスクリーンを通過した０ （Ｏ次に、上記材料を混合して充分に混和させた。

（６）次いで、上記した粒度分布を有する原料鉄約１０
８１．２　Ｋｇ　（２，３８３，５ボンド）を前記した
混合物に加えた。

（ト）　これらの粉末体を約２０分間保持合して均質な
混合物を得た。

（ト）所望の程度の均質化が行なわれたかを確めるため
粉末混合物の試験を行なった。

（Ｇ）　　次に、この混合物の適量をモールド・キャビ
ティに入れ、約４．６５　）ン／ｃｒＩｔ（約３０トン
／平方インチ）の圧力でブリケット化して約６１乃至６
．７ｇ　／　ｃ　ｃの密度のものを得た。このブリケッ
ト予備成形品は自立性を有し、側壁から反対方向に伸び
る一対の起立翼部ち耳部を備えた略筒形状をなしていた
。

Ｉ　この予備成形品を次に炉に入れ制御した吸熱雰囲気
において焼結させた。この焼結雰囲気は、水素、−酸化
炭素、窒素、二酸化炭素、メタン及び水の混合物から形
成した。予備成形品を約１１２１Ｃ（２，０５０？）の
濁度に約２０分間保持して所望の合金組成物を得た。

（Ｉ）　　焼結品を次に焼結炉から増出し、未だ熱い〔
約１４９　Ｃ（３００下）〕うちに黒鉛と水との溶液を
塗布し、水を蒸発させて黒鉛を焼結品の表面に被着した
。

（Ｊ）　　黒鉛で被覆した焼結品を制御された吸熱雰囲
気において約１０３８　Ｃ（約１９００’Ｆ）の成形湯
度に加熱した。材料を先づ約７６０Ｃ（１４００Ｔ）に
加熱し、次いで約１１２Ｉ　Ｃ（２０５０下）に、最稜
に約１ｏｓｓＣ（１９００？　）に加熱する加熱サイク
ルを利用した。材料は、上記した各温度づ約８乃至１０
分間加熱した。

（６）加熱処理した材料を次にダイ・キャビティに入れ
、約１８乃至８．２トン／ａｌ　（５０乃至５３トン／
平方インチ）の力をかけて７．８ｇ／ｃｃの見かけ密就
のものを得た。

（ト）熱間成形した材料をダイから取出し、周囲雰囲気
において冷却した。

Ｍ　次に、熱開成形した材料を従来の態様で所望の仕上
げ寸法に機械加工したところ、何らの支障を来たすこと
なく行なうことができ氏０上記した方法によシ得られた
製品は著しく大きい強度を有するものであシ、格別に良
好な機械加工性を有する点に特徴がある。本発明により
得られる製品は、一般に、約６４６８Ｋｆ／べ（約９２
，０００ｐｓｉ　）以上の引張強さと２０％程度の伸び
率を有している。以上のように、本発明によれば、格別
の強度を有し、優れた機械加工性に管機がある熱間成形
した粉末鉄ベース金属製品をつくることができる。

上記した実施例のほか、本発明の他の好ましい実施例の
幾つかを以下に列挙する。

（１）重量で約１．０乃至３０パーセントの銅と約０．
１６乃至０３５パーセントの硫黄と約０，４乃至０．８
パーセントの炭素と残部が鉄と約２０パーセント以下の
付随する不純物とからなる粒状混合物をつくる工程と、 前記混合物を所定の形状の予備成形品に成形する工程と
、 所望の合金を得るのに充分な温度で前記成形品を焼結す
る工程と、 前記焼結品を熱開成形処理して理論値に近い密度を有す
る熱間成形品にする工程とを備えてなる方法によシ↓造
される機械加工性を有する高力粉末鉄合金。

（２）前記焼結・熱間成形品を機誠加工処理して所望の
仕上寸法を有する製品にすることを特徴とする前記第１
項に記載の鉄合金。

（３）前記粒状混合物を混合処理して粒体の均質混合物
にしてから所望の形状の成形品に成形することを判徴と
する前記ｍ１項に記載の鉄合金。

（４）前記焼結した予備成形品を黒鉛滑剤で被覆してか
ら熱間成形処理することを特徴とする前記第１項に記載
の鉄合金。

（５）　　前記熱間成形処理は熱間鍛造処理であること
を特徴とする前記第１項に記載の鉄合金０（６）前記予
備成形品は理論値の７５ノく−セント以上の密度を有す
るのに充分な程度まで圧縮されることを特徴とする前記
第１項に記載の鉄合金Ｏ（力　前記焼結品は理論値の少
なくとも９９）く−セントの密度を有する製品とするの
に充分な程度まで熱間鍛造処理することを特徴とする前
記ｍ５項に記載の鉄合金。

（８）前記焼結した予備成形品は再加熱してから熱間成
形することを特徴とする前記第１項に記載の鉄合金。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量で約ｔｏ乃至３．０パーセントの銅と、約０
   ．１６乃至０３５バーセントの硫黄と、約０．４乃至０
   ．８パーセントの炭素と、残部が鉄と約２．０パーセン
   ト以下の付随する不純物とから々る粒状混合物をつくる
   工程と、 前記混合物を所定の形状の予備成形品に成形する工程と
   、 所望の合金を得るのに充分な温度で前記成形品を焼結す
   る工程と、 前記焼結品を熱間成形処理して理論値に近い密度を有す
   る熱間成形品にする工程とを備えてなる機械加工性を有
   する高力熱間成形粉末鉄合金の製造方法。
2. （２）前記焼結・熱間成形品を機械加工処理して所望の
   仕上寸法を有する製品にすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の製造方法。
3. （３）　　前記粒状混合物を混合処理して粒体の均質混
   合物にしてから所望の形状の成形品に成形することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の製造方法。
4. （４）前記焼結した予備成形品を黒鉛滑剤で被覆してか
   ら熱開成形処理することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の製造方法。
5. （５）前記熱間成形処理は熱間鍛造処理であることを特
   徴とする特許請求の範囲１１項に記載の製造方法。
6. （６）　　前記予備成形品は理論値の７５パ一セント以
   上の密度を有するのに充分な程度まで圧縮されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の製造方法。
7. （７）前記焼結した予備成形品は再加熱してから熱開成
   形することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   製造方法。
8. （８）前記焼結品は理論値の少なくとも９９パーセント
   の密度を有する製品とするのに充分な程度まで熱間鍛造
   処理することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の製造方法