JPS60121257A - 焼結高速度鋼用の合金鋼粉 - 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】 技　術　分　野 この発明は、冷開成形−焼結法による高速度鋼の製造に
おいて、原料粉末として好適な合金銅粉に関するもので
ある。

従来技術とその問題点 高速切削用の各種工具として、従来から高速度鋼が用い
られている。この種鋼の代表組成はＣ・Ｗ　Ｉ　Ｏｒ　
ｒ　■さらにはＭＯおよびＣＯのうち少くとも一種を含
有するものであり、通常その他に３％以下の微量成分を
含み、一般に溶製法によって製造されている。

ところで近年、かかる高速度鋼についても、原材料の歩
留りの向上と、最終製品中における炭化物の均一微細分
散化を主眼目として、粉末を出発原料とした高速度鋼が
製造されるようになってきた。

その主なものは熱間成形法と呼ばれるもので、原料とし
て球状のガスアトマイズ粉末を用い、これを容器に充て
んして熱間で成形したのち、鍛造などの機械加工を施す
ものである。しかしながらこの方法は、熱間成形工程の
作業効率が悪く、コスト高となるという欠点があった。

一方、上記の問題を解決し、より低コストで製造でき、
しかも粉末冶金の長所を十分発揮し得るものとして、冷
間成形−焼結法が開発された。この方法は、水アトマイ
ズなどによって作成した不規則形状の粉末を原料とし、
必要に応じて黒鉛粉などを添加して金型中または静水圧
の冷開成形を行ったのち、焼結処理を施すものである。

この方法によれば、既存の粉末冶金プレスおよび焼結炉
がそのまま使用できる利点があ◇ので、切削用工具や耐
摩耗部品などの贋造法としてさかんに採用されつつある
。

ところでこの冷間成形−焼結法による高速度鋼則形状粉
末が必９であり、そのために通常原料粉末としては、前
述したように水アトマイズ法によって製造された粉末が
使用されているが、水を使用しているところから、アト
マイズ時に若干の酸化が起こるのは避けられず、従って
粉末の酸禦含有垣は溶製法による高速度鋼材に較べて高
いレベルにならざるを得なかったのである。粉末中の酸
素の一部は、真空中または■（２を含む還元ガス雰囲気
中における粉末焼鈍の過程、さらには同様の雰囲気にお
ける焼結の過程で低減されるとはいうものの、それでも
最終的に焼結体中に残留する酸素は１通常１０．　Ｏｐ
ｐｍ以上であって、この値は溶製材におけるそれが１０
０　ｐｐｍ以下であるのと較べると依然として高く、切
削用工具や耐摩耗部品の靭性、寿命および信頼性の面か
ら問題となっていたわけである。

もちろん水アトマイズのかわりに酸素汚染の少ない方法
たとえば液体窒禦アトマイズ法や油アトマイズ法を用い
て、低酸素でかつ成形性に冨む粉末を製造することはで
きる。しかしそのような粉末を用いたとしても、最終的
な焼結工程で通常の粉末冶金焼結炉を用い、真空中ある
いはＨ２ガスを含む還元雰囲気中で焼鈍を行う限りは、
かえって酸素をビックアンプする場合もあって、清浄な
焼結鋼を得ることは困難だったのである。

発明の目的 この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、通常
の粉末冶金炉を使用してすなわち特別に高純度の雰囲気
を必要とすることなしに、清浄な焼結高速度鋼を製造す
ることができる原料合金鋼粉を提案することを目的とす
るものであり、原料鋼粉の成分組成の一４整ならびに見
掛密度の制限によって上記の目的が有利に実現されるこ
との新規知見に立脚する。

発明の構成 この発明は、Ｇ　：　Ｕ、１〜２．５重量％（以下単に
％で示す）、Ｓｉ　：　ｏ、２％以下、０ｒ＝８．０〜
５．０％、Ｗ　：　５．０〜２　Ｕ、Ｑ％およびｖ：０
．５〜６．０％を含み、かつＭＯ：　２．０〜１０１０
％およびＧｏ　：　４．ｇ〜２０．０％のうちから選ん
゛だ少くとも一種を含有する組成になり、しかも見掛密
度が１．６〜８・５１１／Ｃ７１Ｌ８であることからな
る、焼結高速度鋼用の合金鋼粉である。

以下この発明を具体的に説明する。

まずこの発明において基本成分を上記の範囲に限定した
理由について説明する。

ＣＦ　０．１〜２．５％ 通常の高速度鋼においては、Ｏｎ　０．２〜２．０％を
必要とするが、粉末冶金法を利用する場合、かかるＣは
、予め鋼粉中に含ませておいても、また成形時に黒鉛粉
を添加することによっても供給できる。しかしながら銅
粉中のＣＭｋをできるだけ低く設定し、大部分のＣを黒
鉛添加によってまかなった場合には、後に比較例として
も示すとおり、焼結後に焼結体中の炭化物が粗大化して
、靭性、切削性などに悪影管を及ぼすので好ましくない
。この理由は、添加黒鉛が銅粉間に偏在し、焼結中に十
分拡散できずにＣｍ度の高い部分が形成され、その結果
粗大炭化物が出現するからである。かかる黒鉛添加に起
因した炭化物の粗大化傾向は、最終的に焼結体中に含ま
れるＣの局を超える量を黒鉛粉によってまかなうと極端
に強まるので、銅粉中には少くとも０．１％のＣを含有
させておく必要がある。

一方粉末冶金法では、焼結中にＣの損失がおこることが
ある。これは粉末中の酸化物がＣによって還元されるた
めおよびＣが雰囲気ガスと反応して消失するためである
が、かような０損失の最大展は０．５％程度である。従
って黒鉛粉を添加せずに焼結体中のＯｉｌを２％にする
には、鋼粉中にＣを２．５％まで含有させる必要がある
。

以上の理由により、鋼粉中のＣ含有量は、帆１〜２．５
％の範囲に限定したのである。

Ｓｉ　：　６．２％以下 Ｓｉの限定は、この発明鋼粉において最も重要なことで
あり、以下述べるとおり酸素含有鼠の少ない焼結体を得
る上で不可欠のものである。

従来の高速度鋼用の鋼粉においては、溶Ｍの脱酸、アト
マイズ時の酸化防止および溶鋼流動性の改善などの目的
のために、積極的にＳｉを添加し、銅粉中に□、８〜１
．２％程度のＳｉが含有されるのが常であった。がかる
Ｓｉの添加により、確かに水アトマイズ後の鋼粉酸素最
は低減したけれども、発明者らの研究によれば一旦酸化
したＳｉは酸素との親和力が強いため容易に還元されず
、最終焼結体中の酸素世が十分に低減しない原因になっ
ていることが究明されたのである。かようなＳｉのいた
ずらについてはこれまで注意が払われたことはない。さ
らにかかるＳｉの存在は、前述した焼結中における酸素
のピックアップを助長する不利があることも判明したの
である０ いま減圧雰囲気中で、Ｃによって還元を行うことを想定
し、各種酸化物が１２００℃におし１て還元されるため
の００分圧をめると次表１のとおりになる。

すなわち表１からも明らかなように、ＳｉＯ□は極めて
環元され難＜、貌結時にＯによって５ｉｎ２を還元する
ためには００分圧をＢ、２　Ｔｏｒｒ以下に低減しなけ
ればならないことになる。ところで通常の焼結炉を用い
た焼結処理においては、高真空または高純度のガスを用
いたとしても、実質的な００分圧は５〜Ｉ　Ｕ　Ｔｏｒ
ｒ程度であり、ＳｉＯ２が還元されるというよりもむし
ろＳｉが酸化される傾向にある。従って焼結体の酸素景
を低減するためには、Ｓｉ含有量を極力低減することが
必要となるわけである。

第１図に、高速度鋼粉中のＳｉ含有量と焼結後の焼結体
中におけるＣ含有量との関係について示す。なお焼結処
理は、Ｈ２ガス中、１２５（１℃で行った。

同図より、焼結体中の０を溶製材なみの１１００ｐｐ以
下に低減するには、銅粉中の８１含有量ヲ１１．２％以
下に制限する必要があることがわかる。よってこの発明
では、幽粉中Ｓｉ含有最につき（１，２％以下の範囲に
限定したのである。

Ｑｒ　：　３．（１〜５．０％ Ｑｒは、Ｆｅ基地中に固溶して強度と焼入性を向上させ
ると共に、複合炭化物を形成して硬度を高め、耐摩耗性
を向上させる。その効果を得るには少なくとも８．０％
が必要であり＼一方５．０％を超えると靭性を劣化させ
るので、３．０〜５．０％の範囲とした。

Ｗ　：　５．０〜２　ｕ、０％ Ｗは１とくに微細な複合炭化物を形成して硬度を高め、
耐摩耗性を向上させる重要元素である。その効果は５．
０％以上の含有によって発揮されるが、Ｗの原料は高価
なため、経済性を考慮して２０．０％を上限とした。

Ｖ　：　０．５〜６．０％ ■は、硬質炭化物を形成して硬度を高め、耐摩耗性と切
削性能を同上させるのに有用な元素であり、その効果上
０．５％以上が必要である。

しかし、６．０％を超えると靭性を劣化させるので、０
．５〜６．０％の範囲とした。

Ｍｏ　：　２−０〜１０．０％ ＭＯは、Ｗと同様の効能をそなえ、その添加によって一
層耐摩耗性を向上させるとともに１Ｗの一部を置きかえ
るためにも使用されるＯＷが５．０％以上含有されてい
る場合ＧこＭＯの追加添加の効果か現われる最少Ｍｏ　
ｉは２．０％である。一方、Ｗ　＋２ＭＯ爪が２５．０
％を超えると、炭化物が粗大化して靭性を劣化させるか
ら、ＭＯ量として１−Ｕ、（１％が上限である。

Ｇｏ　：　４．０〜２０．０　％ ＣＯは、とくに高温硬さを向上させるために有効な九累
であり、さらにｃｏ添加によってＭＯを省路することも
可能である。その効果は４．（１％以上の含有で顕著と
なるが、２　ｕ、ｕ％以上含有させると靭性を劣化させ
てしまうので−、４．０〜２０．０％の範囲とした。

次に見掛密度を１．６〜３，５９７ｏｎ８の範囲に限定
した理由について説明する。

見掛密度が１．６　ｇ／ｃｍ８に満たないと、成形詩の
粉末圧縮比がきわめて大きくなるため、通當の粉末冶金
プレスでは成形することが非常に難しくなり、また成形
効率も著しく劣化する。一方、見掛密度が８．５ｇＡｎ
Ｌ８を超えると、粉末の形状が球形に近くなって成形体
の強度が極端に低下し、ブレス成形時やその後の運搬時
に成形体の破損が生じ易くなるなどの警官を生じる。こ
のため銅粉の見掛密度は１．６〜８．５９．−８の範囲
に限定したのである。

実　施　例 以下この発明の実施例を比較例と共に説明する。

表２に示した化学組成および見掛比重をもつ４種（ｍ粉
Ａ１〜４）の高速度鋼粉を用意した。これらの銅粉はい
ずれも、水アトマイズ法によりて粉末化し、ついでＨ２
ガス中１１８０’ｃで焼鈍したのち、解砕して一８０メ
ツシュの粒径としたものである。これらの銅粉のうちＡ
１および２は、この発明に従うものであり、また鋼粉黒
８はＣおよびＳｉ″＠有社が、さらに鋼粉ｊｉ６．４は
Ｓｉ含有量がそれぞれこの発明の適正範囲を逸脱した比
較例である。

さてかかる銅粉にそれぞれ、黒鉛粉を以下に述べる所定
員とステアリン酸亜鉛を１％配合してから、５ＶＣｗＬ
Ｑの圧力で冷開成形したのち、Ｈ２ガス中１２５０℃で
焼結を行ったっここに黒鉛粉の配合量は、焼結体中の最
終Ｃ量が鋼粉Ａ１および８では０．８〜０．９％に、ま
た鋼粉＆２および４＋では１．４５〜１・６０％になる
ように定めたもので、銅粉Ａ８に対しては１．１％、ま
たその他の銅粉に対しては０．８％を添加配合した。

得られた各焼結体の０含有量、０含有址および炭化物の
平均粒径について調べた結果を、表８に示す。

表　８ ＣＮはいずれも目標の範囲内であった。しかしながら鋼
粉中のＯＪｉを低く、黒鉛添加爪を高く設定した比較例
１では炭化物の粗大化が生じていた。

またＯ量については、Ｓｉ含有川用多い比較例１゜２は
いずれも＋　００　ｐｐｍを超えて含有されぞいた。′
これに対しこの発明鋼粉を用いた実施例】および２はい
ずれも、０含有展は１　ｏ　ｏ　ｐｐｍ以下であり、ま
た炭化物の平均粒径は１．４〜１．７μｍと極めて小さ
く、微細炭化物分散の良好な組織を呈していた。

発明の効果 かくしてこの発明によれば、冷間成形−焼結法による焼
結高速度鋼の′Ｍ造につき、特別な雰囲気などを必要と
することなしに既存の焼結炉を使用して、清浄でしかも
炭化物が微細に分散した良好な組織の焼結体を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、銅粉中の５ｉＩＲと焼結体中の０量との関係
を示したグラフである。 第１図 ／＃Ａ物Ｓｉ量（％２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　Ｏ：　０．１〜２．５重射％噂 ｓｉ：　Ｕ、２創０以下・ Ｑｒ　：　８．０〜５−ＩＪ　Ｎｉ１％　。 Ｗ　：　５．Ｕ　〜２　（１，０重Ｍ％オヨヒＶ：ｏ、
   ５〜６．０重所％ を含み、かつ Ｍｏ　：　２．ｏ　〜１０．０７ｇｌ口およびＣｏ　：
   　４１．ｏ　〜２０＋ｏ　Ｎｉ１％のうちから選んだ少
   くとも一種を含有する組成になり、しかも見掛密度が１
   ．６〜ｓ、５ｇ／ｃｍ”であることを特徴とする焼結高
   速度鋼用の合金鋼粉。