JPS6044362B2 - 完全に緻密で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にＡＩＳＩ４ＯＯＯ及び４６００加工の
鋼群の粉末金属同等物で、特に０．２２〜０．３踵量％
の範囲に焼結した炭素レベルを有する、完全に緻密で加
炭した粉末金属低合金鋼部品を得る改良法に関する。

特に本発明は焼結工程の際に、又は別法としてその後に
続く鍜造工程前に粉末金属の団鉱成形体を加炭する改良
法に関する。本発明以前に、このような粉末金属低合金
鋼部品は初めに本発明会社の有する米国特許第３７７２
９３５号明細書に記載される如き鍜造操作により焼結成
形体から完全に緻密体とし、ついで加工した鋼を通常の
方法で加炭した。

このような普通の熱処理方法は液体及びガスの両者を用
いる加炭からなつている。ガス加炭が用いられる場合、
バッチ型又は連続式炉の何れかを用いうる。特別の．硬
度、滲炭深さ及び炭素勾配の完全に緻密な部品の加炭を
達成するために制御すべきパラメーターは、例えば米国
金属協会発行の「メタルス・ハンドブツタクぃ第８版第
２巻，６７〜１１４頁に記載してある如く一般に公知で
ある。本発明は、焼結時又は２帯域操作の引続く後の何
れかで、かつ例えば鍜造により完全に緻密な状態で最終
形状に成形物の次の固化前に団鉱を加炭することである
。

特別な部品に普通の加炭技術以上に行う利点は実質的に
次の通りである：（ａ）成形物が殆んどその完全な緻密
の７０〜９０％であるので、加炭がより迅速に得られ、
従つて炭素富化加炭ガスより遊離される炭素が普通行わ
れている加炭技術よソー層迅速に成形体に滲透する：（
ｂ）成形物の滲炭深さが、鍜造ダイス内に据え置く最終
鍜造部品に必要な滲炭深さより実質的に少なくすること
ができるので、該部品の薄い壁における滲炭深さの圧縮
と流れが増加される理由によつて、加炭が一層促進され
る。

おそらく上記の利点に附随する公知技術以上のすべての
附加的利点は、設備資本投下の減少、工場用地のより大
きい利用、加炭設備の長ノ 寿命及び少ない加炭用ガス
、省力化と同様に熱その他の利用が、普通の方法で現に
得られると同様の結果を達成しうることである。

添附図面に基いて本発明を詳細に説明する。

第１図において、本発明は配合１、圧縮又は団−鉱２、
焼結及び加炭３，３″、鍜造４、焼入れ５および応力除
去６の各工程からなつている。前記配合工程は、合金化
金属粉または所望の鋼合金粉を同時に造る金属粉類の組
合せの何れかと黒鉛及びダイス潤滑材、例へばアクラワ
ツクス（ＡｃｒａｗＯｘ）を配合することからなる。黒
鉛添加の目的は公知の的く成形体の炭素含有量を高める
ことである。アクラワツクス添加の目的は公知の如く成
形体用のダイス潤滑材として作用することである。他の
同等添加物を上記の目的のために添加することができる
。前記の圧縮又は団鉱工程２は配合粉末を低密度の半製
品形状に圧縮することからなる。

第４図に説明する例ではこの半製品形状がリングに類似
のものである。前記の焼結及び加炭工程は、この好適な
実施態様では工程３に示す如く成形体の同時焼結及び加
炭が単一炉・単一帯域操作とすることができる。

別法として破線で示す如く、成形体の焼結及び加炭は３
″工程に示す如く別個の連続工程で行うことができる。
この方法は単一炉・２帯域操作とすることができる。何
れの実施態様でも、加炭ガス雰囲気を提供するに必要な
実用性と調節とを備えた水平、連続供給型の通常の単一
焼結炉を用いることを意図すべきである。単一炉・単一
帯域工程３では、標準焼結条件、即ち温度及び時間を炉
内に保持し、例へば内部ファンによる加炭ガスの強制循
環有無の何れでも、終始加炭ガス雰囲気が提供される。

単一炉・２帯域工程３″では、第１帯域が主として焼結
用であり、第２帯域が加炭用である。

公知の如く本発明の用途に供される普通の焼結炉は、順
に潤滑材を焼失するための予熱帯及び操作を選択しうる
焼結用の１個から３個までの別個の加熱帯域からなる多
数の帯域からなつてい。本発明に記載の目的には、第１
帯域が加熱帯域であり、焼結帯域が重要でなくても多数
の帯域からなるものである。

このような場合第１帯域の温度は１０９３〜１１４９℃
の範囲内であり、部品は所望程度の焼結が得られるに充
分な時間保持する；一方第２帯域での加炭温度はまた部
品仕様ガス及び他のパラメーターによつて８１６〜９５
４℃の範囲内である。１個が焼結帯域で他がその後の加
炭帯域である２個の別個の炉内での焼結及び加炭を行う
ことも本発明の要旨内である。

前述の実施態様は他のもの以上に特に好ましいものとは
考えられない、何故ならば各々の場合においては最も有
効な操作を成功するために特別な部品仕様を考慮しなけ
ればならないからである。

しかし乍ら、滲炭深さ又は炭素及び硬度勾配の緻密な調
節が必要である場合、２帯域焼結及び加炭工程３″を用
いることが一般に一層有利である。特殊な実施例を以下
に記載する。焼結及び加炭後、この成形体を４で示す如
くその最終形状に鍜造しついで焼入れ５する。

鍜造は通常８７１〜９５４℃の範囲の予じめ決めた温度
とする。鍜造部品の温度はついで好ましくは油の如き焼
人材で５に示す如く該部品を焼入れする前に安定化させ
る。通常ましい鍜造・焼入法は米国出願４０００７１号
明細書に一層詳細に記載してある。６で示す如き応力除
去の最終工程はまた特殊な応用にも好ましいものである
。

その結果は外部がＲＣ６Ｏの最低硬度の必要な硬度勾配
でかつ強度特性に対して強靭な内方芯部の完全に緻密で
充分に加炭した粉末金属部品である。本発明の公知の第
１の応用はロー●リバースポジションオーバーラン型ク
ラッチカム（ＩＯｗ−ＲｅｖｅｒｓｅｐＯｓｉｔｉＯｎ
ＯＶｅｒｒＬｌｎｎｉｎｇｃｌｕｔｃｈｃａｍ）および
スタータークラッチカムの如き自動車用トランスミッシ
ョン部品の製造である。更に、ギヤ及びころがり軸承部
材でも一般にこれら同じ要求に遭遇する。代表的なスタ
ータークラッチカムが第２図に示してあり、クラッチロ
ーラー受中のレース１０は摩耗をうける薄壁を構成し、
従つて高硬度が必要である。

本発明の第２の特徴によれば、成形体は１対１より実質
的に大きいすえ込み比で設計されるので、鍜造ダイス内
の成形体の金属粉の緻密化から特徴づけられた金属の流
れが生ずる。

ダイス空所における成形体の幾何学的形状の適当な選択
と一体のこの技術は、所望の滲炭深さの増加を順次生ず
る薄い壁厚の区域に金属を流れさせるのに用いる。事故
が認められても、この事項は最終鍜造製品に必要とされ
るより少ない深さに焼結操作時に成形体を加炭し、鍜造
の際の差を補充して有利に用いられる。この結果は本発
明方法の別の部分の効率のロスなしに焼結一加炭工程時
の効率を改良する。

またそれ自体の金属の流れが鍜造部品のすべての強さを
高めることも測定された。「すえ込み比」が何を意味す
るか説明するために第２図の鍜造スタータークラッチカ
ムのＡ−Ａ断面を第３図に実線で示してある。点線でそ
の上に重ねて略図に示したものは本発明による巾ｂ″と
厚さａ″の成形体ｐ″であり、１対１より実質的に大き
いすえ込み比を有する；一方の点線で示したものは１対
１より僅かに珍大きい普通のすえ込み比を示す巾ｂ″で
厚さａ″の成形体である。各成形体ｐ″とｐ″は第２図
に示す如く夫々Ａｐ″及びＡｐ″として示される平面面
積を有する。この例のすえ込み比は次の通りである： 上式において；Ａｆは鍜造部品の平面面積であ
り、ＡＯは鍜造前の部品の平面 面
積である。

実際には、一般に４０％のすえ込み比が望ましいもので
あることを認めた。

許容しうるすえ込み比は１０％〜８０％である。勿論、
第２図及び第３図の実施例では、成形体の高さａ″は成
形体ｐ″の容積が完全な緻密化を保証する普通の成形体
Ｐ″の容積ノと同じであるような範囲に増加しなければ
ならない。この普通のすえ込み比は加工密度９９．６〜
１００％の完全な緻密化を確実とするために通常１±８
．占／１の公差とする。好適な通常の鍜造ダイスを第４
図に示す。

第４図には芯部２２、下部パンチ２４及び上部パンチ２
６を有するダイス２０が示してある。下部パンチ２４と
ダイス２０は成形体ｐ″が配置されるダイス空所２８を
区画する。このダイス空所は上記した如く成形体より著
しく大きい巾である。６０−９０トン／６．４５ｃ７１
ｆの押圧力による上部パンチ２６の降下によつて、完全
な固化が達成される。

第４図に寸法は付してないけれども、ダイス空所の巾５
は成形体ｐ″の巾ｂ″より大でありかつ点線ェで画いた
如く成形体ｐ″はダイス空所２８に対する大きさを示し
又は正しく方向づけてあることが示してあり、実質的に
すべて横への金属の流れが薄い壁１０と芯部２２の隣接
ダイス表面間に生ずる。本発明を一般的に記載したが、
特別な実施例を下記の表１に記載する。

例１はロー●リバースポジシヨンオーバーランニングク
ラツチカムであり、第２図に示すスタータークラッチカ
ムと同じ一般的形状のものを例２として示す。

表１から判る如く、例１は単一炉、単一帯域焼結及び加
炭工程と２個の炉で２帯域焼結一加炭工程の双方の作用
を受けたものである。

単一帯域工程は通常の滲炭深さを得るのに有利であるが
、２帯域焼結一加炭工程は所望の焼結程度を達成するに
必要な時間を引き延し又は温度を上昇することなしに、
より深い滲炭深さ生じ、加炭がより低い温度で終るので
滲炭深さと炭素勾配のより良い調節が一層重要になる。
通常のバッチ式加炭技術を用いる、即ち鍜造後に加炭す
ると、同一部品は８９９〜９５４℃の炉温度で６−１満
間の加炭時間に加えて低温度で２時間の追加の拡散処理
が必要である。

例２の鍜造の際には摩耗表面１０に必要な滲炭深さは１
．関ｄである。

成形体ａ″，ｂ″は０．４０インチ最低の滲炭深さに加
炭され、１．５３ｃｍ最低への増加は４０％のすえ込み
比を用いる鍜造によつて達成される。本発明を好ましい
実施態様とそれらの特別の実施例について説明したが、
本発明を前述の特殊な形に限定しようとするものではな
く、前記特許請求の範囲に明記した要旨内に含まれるよ
うな別法、変更および同等手段を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は配今工程で始まり、焼入れおよび応力除去の鍜
造後の各工程で終る本発明の全工程を示すフローシート
であり、第２図は本発明によつて製造し鍜造後のトラン
スミッション●スターター・クラッチ・カム横断側面図
を示し、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿つたトランスミ
ッション・スターター・クラッチ・カムの横断側面図を
示し、第４図は鍜造前の鍜造ダイス内の焼結・加炭成形
体の拡大側面図を示し、図中、ａ″，ａ″は成形体の厚
さｂ″，ｂ″は成形体の巾、１０はクラッチローラー受
のレース、２０は鍜造ダイス、２２はダイス芯部、２４
は下部パンｂチ、２６は上部パンチ、２８はダイス空所
を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成形体の外側および内方芯部の両者全体が一定の均
   一な最初の炭素含有量を有する低合金鉄金属粉末成形体
   を団鉱化し、該団鉱形成は最終鍛造形状において一定の
   滲炭深さであることが要求される少なくとも一表面を有
   し、前記成形体を１０９３〜１１４９℃の温度で焼結し
   、かつ同時に又は引続いて該成形体内方芯部の最初の炭
   素含有量より実質的に大きい外側の最終炭素含有量の所
   望の滲炭深さを得るに充分な、予じめ決めた時間、吸熱
   性ガスに富む調節した炭素雰囲気中に前記成形体を保持
   することにより、該成形体外側の最初の炭素含有量を実
   質的に増加させる加炭を行ない、前記成形体を８７１〜
   ９５４℃の温度範囲で鍛造して加工密度９９．６〜１０
   ０％の鍛造部品を得、該鍛造部品を冷却して所望の滲炭
   深さを得る連続工程からなることを特徴とする実質的に
   完全に緻密で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方法
   。 ２ 前記鍛造部品を鍛造後実質的に直ちに油浴焼入する
   が該鍛造部品の温度を実質的に安定化させるまで冷却さ
   せないことからなる特許請求の範囲第１項記載の実質的
   に完全に緻密で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方
   法。 ３ 前記表面における該成形体のすえ込み比が、１０〜
   ８０％の範囲内であり、鍛造ダイス空所に対して成形体
   の幾何学的形状の選択と該ダイス空所内の成形体の方向
   付けとからなり、それによつて鍛造時に薄い摩耗表面の
   面積内で金属流れが成形体の滲炭深さを増加することか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の実質的に完全に緻密
   で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方法。 ４ 前記成形体の一定した均一な最初の炭素含有量は０
   ．２２重量％より少なく、最終炭素含有量が０．２２〜
   ０．３７重量％でかつ１．５〜３ｍｍの望ましい滲炭深
   さである特許請求の範囲第１項記載の実質的に完全に緻
   密で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方法。 ５ 前記鍛造部品を鍛造直後に油浴で、該鍛造部品の実
   質的安定化温度で焼入れすることからなる特許請求の範
   囲第１項記載の実質的に完全に緻密で加炭した低合金鉄
   粉末金属部品を得る方法。 ６ 最終鍛造形状において一定の滲炭深さであることが
   要求されかつ前記薄い摩耗表面における成形体のすえ込
   み比が１０％より大でかつ４０％台の値である、少なく
   とも１つの表面を有する団鉱成形体を形成し、この成形
   体を１０９３〜１１４９℃の温度で焼結し、同時に焼結
   に当り、吸熱性ガスの調節した炭素雰囲気を提供して該
   成形体を加炭し、予じめ決めた２０〜４０分間前記調節
   した雰囲気に該成形体を保持して所望の滲炭深さを得、
   しかるのち、より深くより調節した滲炭深さを得るため
   に更に７〜２５分間、８１６〜９５４℃の低温度に実質
   的に同一雰囲気に該成形体を保持し、鍛造ダイス空所に
   対して該成形体の幾何学的形状を選択し、該ダイス空所
   内に該成形体を方向づけて、金属を前記一表面の面積に
   おいて流しそれによつて成形体の滲炭深さを増加するこ
   とからなる、８７１〜９２７℃の温度範囲で該成形体を
   鍛造し、該成形体を鍛造後実質的に直ちに油浴で焼入れ
   するが成形体の温度は実質的に安定化させるまで冷却さ
   せないことからなる特許請求の範囲第１項記載の実質的
   に完全に緻密で加炭した低合金鉄粉末金属部品を得る方
   法。