JPS61117201A - 焼結用低合金鉄粉末 - 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】 （産業上の利用分野） 関するものである。

（従来の技術） 一般に、機械構成材料として多用されている鉄系焼結材
料の高強度化が要望され、これに対して合金化、高密度
化及び均質化等の種々の強化方法により強度的に優れた
焼結材料の開発が行なわれている。

例えば合金化によシ材料の高強度化を達成する方法（以
下合金化強化方法という）としては、銅（Ｏｕ）　、　
　二ｙケ／Ｌ／　（Ｎｉ　）　、　？　７ガｙ（Ｍｎ）
及びクロム（Ｏｒ　）等の合金元素粉末を個々に鉄粉末
に混合する混合法や、前記強化元素（Ｏｕ、Ｎｉ。

Ｍｎ、Ｏｒ等）を予め合金化したグレアロイ゛粉末を用
いる予備合金化法等が用いられている。

また、高密度化強化方法としては、２ｐｒｅＳＳ−２５
ｉｎｔｅｒ法や焼結鍛造法（Ｐ／Ｆ）等が行なわれてい
る。

さらに、均質化強化方法としては焼結材料を焼結する際
に高温焼結を行なう均質化法が行なわれている。

上記以外のものでは構造用機械部品の空孔を球状化する
球状化法等の強化策が知られている。

しかしながら上記各種の強化法はいずれも焼結材料の強
化に効果をもたらしているものの。

いずれの方法も何らかの問題点を含んでいる。

すなわち、高密度化強化法としての２ｐｒｅＳＳ−Ｚ　
５ｉｎｔｅｒ法や焼結鍛造法（Ｐ／Ｆ　）等においては
、製造工程を変更したり追加したりして圧縮等の強加工
を施すことにより構造用機械部品等の高密度化を達成し
ているので、強加工を行なう際の雰囲気管理、温度設定
等の管理的工程が増加して製造工程が繁雑となり、この
ため製造コストが大幅に上昇するという問題を有してい
た。

また、合金化強化法のうち混合法においては、添加した
合金元素を鉄（Ｆｅ　）中に充分に拡散させるのに長時
間を必要とするという問題があり。

また活性金属であるクロム（Ｏｒ　）やマンガン（Ｍｎ
）等は焼結雰囲気を厳密にコントロールしないと酸化を
おこし、拡散を妨げられるという問題があった。

さらに、予備合金化法においても、合金化により粉末の
硬度が増して圧縮成形性が低下し、従って構造用機械部
品の高密度化を阻止していた。

ところで、従来前記予備合金化法における圧縮成形性の
低下の問題を解消するために種々の提案がなされており
、例えば「低合金鉄末鉄の製法」（特公昭４５−９６４
９号公報参照）においては、合金元素を特殊還元法によ
って鉄粉末の表面に付着させて圧縮成形性の改善を図る
ようにすることが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の製法によって得られた焼結用低
合金鉄末鉄では、圧縮成形性の向上は達成したものの粉
末自体の価格は通常市販されている低合金鋼粉に比べて
相当に割高となっており、製造コストに占める原料コス
ト占有率が高く、構造用機械部品を焼結材料によりて形
成する際の大きな障害となっていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記実情に鑑みてその問題点を克服すべくなさ
れたものであり、低価格すなわち原料コストを低くする
と共に焼入性及び圧縮成形性に優れた焼結用低合金鉄粉
末を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、重量百分率
で、モリブデン（Ｍｏ）　ヲ０．２〜１．４％。

りＯム（Ｏｒ）を０．１〜０．５　％　、炭素（Ｃ）を
ｏ、ｉ。

チ以下、酸素（Ｃ２）を０，５０％以下夫々含有し、残
部が不可避不純物を含む実質的に鉄（Ｆｅ）よりなる焼
結用低合金鉄粉末であることにある。

（作　用） 本発明は各種の合金元素とこの合金元素による圧縮成形
性への寄与率の関係９合金元素と焼入性との関係２合金
元素と焼結体の機械的強度特性との関係、及び合金元素
とその添加法による強度特性との関係等の各種の相関関
係を詳細に検討し、その結果得られた知見を基に発明さ
れたものである。

上記のように構成した本発明に係る低合金鉄粉末におい
て、モリブデン（Ｍｏ　）を鉄（Ｆｅ　）粉末中に含有
せしめたのは、モリブデン（Ｍｏ）は予備合金化すると
圧縮成形性を失わず、また焼入性も充分に確保すること
ができるからである。

但しモリブデン（Ｍｏ）は０．２％未満では熱処理後の
機械的特性が低下してしまい、また２、　０　％を超え
ると逆に圧縮成形性が低下し、かつ熱処理後の強度もＭ
ｏを添加した割には向上しなｌという傾向があるからで
ある。

次に、クロム（Ｏｒ　）をα１〜０．３１ｂに特定した
のは、モリブデン（Ｍｏ）と同様にクロム（Ｏｒ）が０
．１％未満では熱処理特性が安定せず、０．３チを超え
ると圧縮性を急激に低下させるためである。

また、酸素（Ｃりは０．５　％を超えると圧縮性。

熱処理性共に低下するので、α５％以下とすることが望
ましい。

さらに、炭素（Ｃ）はα１０チを超えるとモリブデン（
Ｍｏ　）　、りｏ　Ａ　（Ｏｒ　）　ｐ鉄（Ｆｅ　）等
との化合物を生成し、粉末の圧縮性を妨げるために０．
１０−以下とする必要がある。

以上のように鉄（Ｆｅ）＃ｉ！４Ｉ＃中に上記重量百分
床を低コストで提供することができる・（実施例） 以下、本発明の実施例の組成について比較例と対比しつ
つ説明する。実施例１乃至４及び比較例１乃至４の組成
成分は第１表の通りとし、その製造方法については各項
目において説明する。

実施例１ 溶解炉にて第１表に示すように鉄（Ｆｅ　）中に重量百
分率でモリブデン（Ｍｏ）　０．２５％、クロム（Ｏｒ
）　０．１５　Ｔｏとなるように調整した溶湯を作シ、
この溶湯をタンディツシュよシ流出させた後、この流出
した溶湯に高圧水を噴霧して作用させ粉末化する（以下
水噴霧法という）。上記水噴霧法により形成した粉末を
分解アンモニア雰囲気中で９００℃×３０分の還元処理
を施した後粉砕し、その後８０メツシエの篩で分級して
一８０メツシュ粉を得た。この粉末の組成については第
１表の該当欄に示すように重量百分率でモリブデｙ　（
Ｍｏ）　０．２５　％　ｔ　　り＝Ｉ　Ａ　（Ｑｒ）α
１５％、炭素（Ｃ）　０．０２％、酸素（Ｑ、）（１，
０７チ、残部鉄（Ｆｅ）である。゛ 前記−８０メツシエ粉を用いて圧縮成形性を調べるため
にＪＳＰＭ標準１．−６４（金属粉の圧縮性試験法）に
準拠して試験を実施した。まず、前記原料粉末を成形圧
力３　ｔＡ−ｒ／ｌｔ　５　ｔ７”ｃポ、７ｔ／２メの
３標準で加圧して成形を行なった。これら成形体の各々
の成形体密度を第２表の該当欄に示し、特に成形圧カフ
　ｔ／ｃｒ／ｌのときの成形体密度を図面の実施例１の
グラフの左側に白抜き棒グラフにより示した。

次に上記粉末から得られた焼結体の引張り強度について
は、前記同様に第１表に記載した組成を有する原料粉末
に黒鉛粉０．６チと潤滑剤０．８チを添加してＶ型混合
器により混粉し、次にＪＳＰＭ標準２−６４の金属焼結
体の引張試験片成形用金型により７．０９／ｃｒｄ’の
成形体密度を有する成形体に成形した。得られた粉末成
形体を分解アンモニア雰囲気中で１１９０℃×４０分焼
結し、この焼結体を真空炉により８７０℃×３０分加熱
して直ちに油焼入を行ない、引き続いて１９０℃×９０
分の焼戻しを行なった。前第　　２　　表 （単位９Ｚ−） 記の製造方法により製造された引張試験片を引張速度２
　ｍｍ／−で５本引張試験を行ないその平均値を図面の
実施例１の欄の右側の黒塗りのグラフに表わした。

実施例２ 実施例２は実施例１と同様に水噴霧法により形成した粉
末を実施例１と同様分解アンモニア。

雰囲気中で９００℃×６０分還元処理して粉砕し％８０
メッシ為の篩で分級して一８０メツシュの粉末を得た。

この粉末の組成は、第１表の該当欄に示すように重量百
分率でモリブデン（Ｍｏ）　０．７％、りａ　Ａ　（Ｏ
ｒ）　０．１６　％、炭素（Ｃ）０．０２％、酸素（Ｃ
，、）　０．０７　％　、残部鉄（Ｆｅ　）であるＯ 上記−８０メツシユ粉末を用い実施例１と同様にＪＳＰ
Ｍ標準１−６４（金属粉の圧縮性試験法）に準拠して成
形圧力３　ｔ／ｄ、　５　ｔ／ｍ、　　７ｔ　／ｃｎｔ
で夫々成形を行なった。この成形体の夫々の成形体密度
が第２表に示されている。また成形圧カフｔ／ｃｒＩｌ
のときの成形体密度は図面の実施例２の左側白抜き棒グ
ラフにも示されている。

次に上記粉末から焼結体を製造する方法も実施例１と同
様、黒鉛粉０，６％と潤滑剤０．８チを添加して成形用
金型において７．　Ｏｆｉ／ｃｄの成形体密度を有する
成形体を成形し、この成形体を焼結して焼入、焼戻しを
行ない引張試験片を製造した。この引張試験片を引張速
度２ｔｎｘ／ｗｉｎで５本引張しその引張り強度を図面
の実施例２の欄の右側の黒塗りグラフに表わした。

実施例３ 粉末の製造方法は実施例１，２と同様水噴霧法により得
られた粉末を還元処理及び分級処理して第１表の実施例
３の欄に記載するように重量百分率でモリブデン（Ｍｏ
）　１．５　％　、クロム（Ｏｒ　）０．１５チ、炭素
（Ｃ）０．０２チ、酸素（へ）０．０７チを含有する焼
結用低合金鉄粉末を得た。

上記鉄粉末をＪＳＰＭ標準１−６４に準拠して試験に供
した。成形圧力３　ｔ／ｃｍ、　　５　ｔ／ｃｆｆｌ、
　　７ｔ〃における成形体密度を第２表に示した。

次に実施例１，２と同様にＪＳＰＭ標準２−６４に準拠
して黒鉛粉０．５％及び潤滑剤０．８％を添加して約７
．　□　９７ｃｍ”の成形体密度となるよう成形し焼結
を行なって引張試験片を得た。この引張試験片について
２μ−のクロスヘッドスピードで引張強度試験を施した
結果が、図面グラフの実施例３の欄に黒塗り棒グラフと
して示されている。

実施例４ 前記実施例１乃至３と同様に水噴霧法により形成した粉
末に還元処理及び分級処理を施し、第１表の該当欄に示
すように重量百分率でモリブデン（Ｍｏ）　０．５５　
％、　　りＯム（Ｏｒ）　０．２６　％、炭素（Ｃ）０
．０２％、酸素（Ｃ，）０．０９チを含有する焼結用低
合金鉄粉末を得た。

上記低合金鉄粉末を用いて上記実施例１乃至５と同様に
Ｊ８ＰＭ標準１−６４に準拠して成形圧力５　ｔ／７．
　５　ｔＡ、　　７　ｔ／ｆｆｌにおける成形体密度を
測定し第２表該当欄に示した。

次に実施例１乃至３と同様にＪＳＰＭ標準２−６４に準
拠して上記組成の焼結用低合金鉄粉末に黒鉛粉０．５％
及び潤滑剤０．８％を添加して約７、０　／ｌ／ａｔｅ
”の成形体密度となるように成形し、この成形体を焼結
させて引張試験片を得た。この引張試験片について２専
一のクロスヘッドスピードで引張強度試験を施した結果
が、図面のグラフにおける実施例４の欄に黒塗り棒グラ
フとして示されている。

比較例１ 市販の噴霧低合金鉄粉末を用いており、その組成は重量
百分率でモリブデン（Ｍｏ　）　０．４８％。

マンガン（Ｍｎ）　０．１８　％　、　　＝　ｙケル（
Ｎｉ）　１．８２　’１６を含み残部は鉄（Ｆｅ）であ
る・ 上記組成の低合金粉末を前記各実施例と同様にＪ８ＰＭ
標準１−６４に従い成形圧力３ｔ７４ボ。

５　ｔ／７．　７　ｔ／？ゴでの成形体密度を測定しそ
の結果を第２表及び図面グラフの該当欄に示した。

次に各実施例と同様にＪＳＰＭ標準２−６４に準拠して
約７．０　ｇ／ｃｒｒｅ”の成形体密度を有するよう成
形及び焼結を行ない引張試験片を製造して実施例１乃至
４と同一条件で引張り試験を行ない、その結果を図面該
当欄に黒塗り棒グラフにより示している。

比較例２ 市販の噴霧低合金鉄粉末を購入し、開封して試料を採取
し、化学分析を行なった。その結果、第１表該当欄に示
すように重量百分率でモリプデ７　（Ｍｏ）　０．２６
％ｇ　りｏ　ム（Ｃｒ）　０．９７％、マンガン（Ｍｎ
）　０．７４　％を夫々含有する低合金鉄粉末であるこ
とを確認した。

上記鉄粉末を用い、ＪＳＰＭ標準１−６４に準拠して成
形圧力３　ｔ／ｍ、　　５　ｔ／ａｄ、　　７　ｔ／ｃ
ｙｄでの成形体密度を測定し第２表及び図面の該当欄に
数値及び白抜き棒グラフで示した。

次に上記各例と同様にＪＳＰＭ標準２−６４に準拠して
成形体密度的Ｉ　Ｑ　１７／ｃｔｒｅ３を有する成形体
を焼結し、この焼結体に引張り試験を行ないその強度を
図面該当欄の黒塗り棒グラフに示した。

比較例３ 本例は実施例１乃至４と同様に水噴霧法により形成され
た粉末を還元処理及び分級処理して得られた焼結用低合
金鉄粉末であり、重量百分率でモリプデ７　（Ｍｏ）　
０．７％、炭素（Ｃ）　０．０２　％　。

酸素（Ｃ２）　０．１２　％の含有量は本発明の構成要
件範囲内であるが、クロム（Ｏｒ）を重量百分率で０．
５２％含有する点において差異が認められる。

上記組成の低合金鉄粉末に対し上記各側と同様にＪＳＥ
’Ｍ標準１−６４及びＪＳＰＭ標準２−６４に夫々準拠
して成形体密度と焼結体の引張り強度を測定し、第２表
及び図面の本例該当欄に数値及びグラフとして示した。

比較例４ 本例は実施例１乃至４及び比較例３と同様に水噴霧法に
より形成した粉末を還元処理及び分級処理して得られた
焼結用低合金鉄粉末であり、その組成は鉄（Ｆｅ）中に
１重量百分率でモリブデン（Ｍｏ）　２．２　％　、　
りｃｘ　Ａ　（Ｏｒ）　０．２５　％、炭素（Ｃ）０．
０２チ、酸素（Ｃ２）ｏ、ｏ９チを夫々含有し、クロム
（Ｏｒ）、炭素ＣＯ’）及び酸素（Ｃ２）の含有量は本
発明の構成要件を充足するが、モリブデン（Ｍｏ）の含
有量が本発明の構成要件である１、４チ以下という条件
を超えている。

上記組成の低合金鉄粉末を用い前記各側と全く同様にＪ
ＳＰＭ標準１−６４及びＪＳＰＭｉ準２−６４に従い、
成形体密度を測定し、□焼結体を製造して引張り強度を
測定し、両側定値を第２表及び図面の該当欄に数値及び
棒グラフにより表示した。

以上の組成による各実施例及び各比較例の試験結果を纒
めて詳述し、併せて各側の試料とした焼結用低合金鉄粉
末の比較を行なう、。

まず、圧縮成形性を比較するため？、成形体密度の試験
結果については、第２表の各数値から゛明らかなように
実施例１乃至４では成形圧力５ｔＡ、　　５　ｔ％ゴ、
７ｔ〃の何れの場合でもほとんど比較例の数値を上回っ
ている。ただ、圧縮成形性の大幅な改善を目的として特
殊な構造過程により製造された比較例２が、７ｔ〃加圧
時に７．１５　ｇ／ｃｄと実施例４の７０月シレー上回
シ実施例３と同一値となっているが、比較例２が市販の
高コストで製造した焼結用低合金鉄粉末を試料としてい
ることを勘案すると実施例６゜４の数値も強ち疎かには
できない。

、　上記の試験結果より本発明の構成要件を充足する各
実施例の鉄粉末ならば、何れも高い圧縮成形性を示し、
特に７　ｔ／ａｄの成形圧力を加え゛た場合蝉何れも７
．　（）　ｆｉ／ｃｒｒｆ’を超える好結果を示してい
る。これは各実施例におけるモリブデン１’　（ＭＱ、
）と”９　ａム（Ｏｒ　）との含有量に関係したもの′
で、−例えば比較例３はクロム（Ｃｒ）を０．５２％も
含有し、比較例４はモリブデン（Ｍｏ　）を２．２チも
含有しているため、圧縮成形性が著しく低下している。

次に、引張試験片を用いた熱処理後すなわち焼結後の引
張強度について説明する。

実施例１乃至４は何れも１１０ｋｇｆ／ｍｒｒｌの引張
り強さを示し、市販の焼結用低合金鉄粉末を用いた比較
例１，２と比較して大幅に優れている。

また、比較例５．４は前述したように夫々クロＡ　（Ｃ
ｒ）　０．５２％、モリブデｙ　（Ｍｏ）　２．２　％
も含有しているので高い引張強度を示しているが、モリ
ブデン（Ｍｏ）やクロム（Ｃｒ　）は高コストの合金で
あるため低コストで製造された本発明の鉄粉末が上記高
コストの比較例６，４に肉薄しているのは引張強度にお
いて高い機械的強度特性を有する証左であるといえる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明に係る焼結用低合金鉄
粉末によれば、以下のような効果を奏する。

重量百分率でモリブデン（Ｍｏ）を０．２〜１．４％。

りｌ：ｌ　ム（Ｏｒ）を０．１〜０．３％、炭素（Ｃ）
を０．１０％以下、酸素（ｏｌ）を０．３０％以下夫々
含有し、残部が不可避不純物を含む実質的に鉄（Ｆｅ　
）よりなるので、成形圧カフｔ２４−にて成形した場合
成形体密度で７．０　ｇ／Ｃ−の高い圧縮成形性を有し
、また焼結体として形成した場合でも高い引張り強度を
示し、しかも水噴霧法を用いて低廉な製造方法により粉
末を製造することができ、るので、焼結部品を製造する
際の全コストに対する原料占有率を抑制して低コスト化
を達成できる等の種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る焼結用低合金鉄粉末の圧縮成形性及
び機械的強度特性を実施例及び比較例につき各々表わし
た特性図であり、各側とも左側の白抜き棒グラフが７ｔ
／ｄの成形圧力で圧縮成形したときの成形体密度を示し
、右側の黒塗り棒グラフが焼結体の引張強度を示してい
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量百分率で、モリブデン（Ｍｏ）を０．２〜１
   ．４％、クロム（Ｃｒ）を０．１〜０．３％、炭素（Ｃ
   ）を０．１０％以下、酸素（Ｏ＿２）を０．３０％以下
   夫々含有し、残部が不可避不純物を含む実質的に鉄（Ｆ
   ｅ）よりなることを特徴とする焼結用低合金鉄粉末。