JPS61139601A - 焼結用低合金鉄粉末及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は構造用機械部品等に適用する高密度高強度焼結
材の原材料である焼結用低合金鉄粉末に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、構造用機械部品等の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ている。この要望に
対し合金化、高密度化及び均質化等の糧々の強化方法に
よりｆｉ［的に優れた焼結材料の開発が行なわれている
。

倒えば合金化により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（Ｃｕ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）、マンガフ（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）等
の合金元素の粉末を個々に鉄粉末に混合する混合法や、
ｌＩＩ］Ｎピ強化元素（Ｃｕ、　Ｎｉ。

Ｍｎ、Ｃｒ等）を予め合金化したプ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−Ｚ　
５ｉｎｔｅｒ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ｄピ以外のものでは構造用ｓｍ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方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、倒れも伺らかの問
題点番含んでいる。

すなわち、高密度化強化方法としての２１）ｒｅＳＳ−
２５ｉｎｔｅｒ法や焼結鍛造法（Ｐ／ｌ！’　）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−気′＃理、
温度凶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、合金化強化方法のうち混合法ｔこおいては、冷加
した合金元素を鉄（Ｆｅ）中に光分に拡散させるのに長
時間を費するという問題があり、また活性金禰であるク
ロム（Ｃｒ　）やマンガン（Ｍｎ）等は焼結雰囲気を敵
密にコントロールしないと酸化をおこし、拡散を妨げら
れるという間鴎があった。

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
品等の高密度化を阻止していた。

ところで、前述した従来の予備合金化法における圧縮成
形性低下の問題を解消するために糧々の提案がなされて
おり、劣えば「恢合金粉末鉄の製法」（特公昭４５−９
６４９号公報診照）においては、合金元素を特殊還元法
によって鉄粉床の表面に＋ＩＮ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
合金鉄粉末では、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の低合金銅粉に比べて相当に割高と
なっており、製造コストが高くなってしまうという問題
点を有していた。

また、従来の低合金鉄粉末では焼結体、特に熱処理後の
焼結体の引張り強度が充分とはいえず、このため構造用
機械部品をこの焼結体により構成したときに該部品の劣
化を招くという問題点も有していた。

本発明は上記実情に鑑みてその問題点を克服するために
なされたものであり、低コストで焼入性、圧縮成形性に
優れると共に焼結を行なって堕械部品としたときに高い
強度を有する焼結用低合金鉄粉末を提供することを目的
としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の特徴は、重量比で、
モリブデン（Ｍｏ）を１２〜１．４％、ニッケル（Ｎｉ
）を０．５〜４％、クロム（Ｏｒ）を［１１〜１３％、
炭素ＩＣＩを０．Ｄ５％以下、酸素（０りをα５％以下
及び不可避不純物を２％以下夫々含有し、残部が実質的
に鉄（Ｆｅ）よりなることにある。

さらに、上記組成の焼結用低合金鉄粉末を製造するため
に重量比でモリブデン（Ｍｏ）を［１，２〜１．４％、
クロム（Ｃｒ）をＣＬ　１〜’０．．１〜０．３％、炭
素（ＣＩをα３％以下、酸素（Ｏ２）を２％以下、不可
避不純物を２％以下、残部鉄（ＩＩ″ｅ）より成る低合
金粉末化処理する第４工程とからなることも特徴として
いる。

（限定理由及び作用） 本発明は各種の合金元素のか加による圧縮成形性への寄
与率の関係１合金元素と焼入性との関係１合金元素と焼
結体の機械的強度特性の関係、及び合乍元素とその添加
法による焼結体の機械的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。

前記特徴を有する本発明に係る焼結用低合金鉄粉末及び
その製造方法において、モリブデン（Ｍｏ　）は鉄（Ｆ
ｅ）に固溶して粉本及び焼結体を強化することを目的と
して添加するものである。

しかし、重重比でα２％未満では効果が少なく、１．４
％を超えると強化性能を向上させるものの粉本を固溶硬
化させて粉本の圧縮成形性を低下させるので、１２〜１
．４％含ませることとした。

次にクロム（Ｃｒ）を冷加するのは、クロム（Ｏｒ）が
焼入性同上のための元素であるからである。

しかし、重量比で［１１％未満では焼入性向上効果が光
分番こ侍られず、また［１３％を超えると粉末を著しく
硬化させて圧縮成形性の低下を招くので、ｌ１１〜α３
％とした。・ ニッケル（Ｎｉ）は熱処理性及び靭性を向上させるため
の元素であるが、重量比で０．５％未満では効果が期待
できず４％で前記効果が充分に達成されてこれ以上の冷
加は原料コストを増加させるだけなので、［１５〜４％
とした。

また、酸素（０，）は粉末の圧縮成形性を低下させ、焼
結体として形成する際にも悪影響を及ぼすため重量比で
０．３％以下にすることが必要である。

さらに炭素（Ｃ１も粉本の圧縮成形性を低下させるので
、重量比で０．０５％以下にする必要がある。

以上が、本発明に係る焼結用低合金鉄粉末の組成の限定
理由であり、また前記組成を有する該鉄粉末の製造方法
において、第１工程ではモリブデン（Ｍｏ）とクロム（
Ｃｒ）とをプレアロイ化して冷加しているので強度の向
上を図ることができる。

次に第２工程においては、前記プレアロイ粉末にニッケ
ル（Ｎｉ）　　又はニッケル酸化物を粉末に上って混合
するようにしている。ここで、ニッケル（Ｎｉ）を第１
工程の如くプレアロイ化しないのはニッケル（Ｎｉ）は
プレアロイ化すると！ｉ！ｉＦ特性が余り向上せず、ま
た、圧縮成形性も低下してしまうからである。従って粉
末によって混合することにより強度性、靭性の向上と圧
縮成形性の維持を図りでいる。

さらに第３工程において前記混合粉末を８００〜１０５
０℃で還元処理するので前記混合粉末中の酸素（Ｏｌ）
を除去し醸化を抑制することになる。

ここで、８００１：：以上とするのは還元処理がうまく
行なわれず、１０５０℃を超えると混合粉末が焼結して
しまうので８００〜１０５０℃に温度を設定した。

最後に第４工程において、ケーキ状の粉末となった前記
混合物を粉砕機により粉末化して焼結用材料として低合
金鉄粉末を得ることができる。

以上のようにして圧縮成形性、熱処理性、靭性に優れた
焼結用低合金鉄粉末を提供することができ、前記の過程
を経て得られた該鉄粉末を焼結して得られた焼結体は機
械的強度特性に優れたものとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。尚
、表には本発明の実施例と比較例に用いた焼結用低合金
粉末の製造方法と最終粉本の化学成分とを各相に記載し
Ｃいる。

実施９ｊ＋　１ まず、第１工程として原料粉末をアトマイズ法により噴
霧して製造する。この原料粉末の組成は鉄（Ｆｅ）甲に
重量比でモリブデン（Ｍｏ）を０．４優、クロム（Ｃｒ
）を０，１６％、炭素（Ｑを１１２％及び酸素（０ρを
０．５％である。

次に第２工程において前ロピ原料粉床に重量比で１．５
％のニッケル粉末を混合する。このニッケル粉本は次の
ものである。ニッケルテトラカルボニル（Ｎ　ｉ　（Ｃ
Ｏ）ａ）を約２００℃に加熱するとニッケル化合物にニ
ッケルカルボニル）と−酸化炭素（ＣＯ）とに分解する
。このとき生じるニッケルカルボニルの煤状の細粉を平
均粒径２．９μｍの雰囲気中において９５０℃で９０分
加熱すると低合金鉄粉末中の酸素（０，）が水素（ハ）
と反応して還元処理を有なうと共に第１工程でのプレア
ロともできる。

最後に、第４工程において前記加熱、冷却されてケーキ
状となった粉末を粉砕機によって粉化して焼結に供する
低合金鉄粉末を得た。

以上のように製造された低合金鉄粉末の組成は重量比で
モリブデン（Ｍｎ　）　０．５９％、クロム（Ｃｒ）［
α１．１〜０．３％、ニッケル（Ｎｉ）１．４％、炭素
１ｃ１０．０２％及び酸素（０りα１％、残部ｖｃ（Ｆ
ｅ）である。

実施例２ まず、第１工程として実施例１と同様にアトマイズ法に
よりプレアロイ化した原料粉末を製造した。この組成は
重量比でモリブデン（Ｍｏ）を１８％、りｏム（Ｏｒ）
を［（２）％、炭素（Ｑをα１１％、酸素（０，）を０
．６％、残部鉄（Ｆｅ）である。

次に、第２工程では、的記低合金鉄粉床に対し重量比で
１．９％の酸化ニッケル（Ｎｉｐ）粉末（平均粒径１６
８μｍに分級）を添加して混合した。

次ζこ、第３工程では、前記混合粉を分密アン床を得た
。

最後に、第４工程として前記ケーキ状粉末を粉砕機によ
り粉化して焼結用低合金鉄粉末を得た。

上述の各工程を鮭で製造された低合金鉄粉末を化学分析
したところ、粉末の組成は鉄（Ｆｅ）中に重量比でモリ
ブデン（Ｍｏ）α７．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）［
１，１９％、ニッケ７Ｌ／　（Ｎｉ）　１．４％、炭素
（Ｃ）０．０２％及び酸素（０２）α１％であった。

比較例１ アトマイズ法により製造された市販の低合金鋼粉（アト
マイズ粉）を試験に供するものとし、この粉末を化学分
析したところ、重量比でモリブデ７（Ｍｏ）α４．１〜
０．３％、ニッケ／ｌ／　（Ｎｉ）　１．８％、マンガ
ン（Ｍｎ）　０．１７％、残部が鉄（ｒｅ　）の組成を
有することがわかった。マンガン（Ｍｎ）含有で本発明
と異なっている。

幕鼻例２ 本発明に係る低合金鉄粉末と同じ製造方法により、原料
粉末に含有する合金元素と混合する合金元素とを本願と
異らせて製造した。

すなわち、第１工程では、アトマイズ法により低合金鉄
粉末を噴霧して製造する。この粉末は鉄（Ｆｅ）中に重
量比でニッケル（Ｎｉ　）　ｔ　ｂ％。

炭素（ｃ）ｏ、ｏｓ％及び酸素（０，）　０．３％を含
むものであった。

次に、第２工程において前記組成の低合金鉄粉末に重量
比で１４％のモリブデン（Ｍｏ）粉本（平均″ｎ、＠１
．２μｍ）及び０２７％の中炭素フェロクロム粉末（Ｊ
ＩＳ規格ＦＣｒＭ５の一３５０ナッシェ粉）を添加して
混合する。

を狗た。

最後に、第４工程として前記ケーキ状粉末を粉砕機によ
り粉化して最終粉末を侍た。

前述の製造工程を経て製造された焼結用低合金鉄粉末を
化学分析したところ曲損の表にも記載されているように
鉄（Ｆｅ）中に重量比でモリブデン（ｆＶｌｏ）　０．
４％、クロム（Ｃｒ）［１１７％、ニッケル（Ｎｉ）１
．４％、炭素１ｃ］０．０３％、酸素（０，）　０．２
％の組成を有する粉末であることが確認された。

尚、この分析値は本発明の構成要件とした各元素の含有
値を光しているが、製造過程は全く異なるものである。

以上のような製造工程において夫々製造された焼結用貼
合金鉄粉末を用いて、これらの粉末の引張強度を測定す
るため、同一の製造条件により試験片を製作した。以下
試験片の製作過程を説明する。

まず、実施例及び比較例の低合金鉄粉床に対し車量比で
０．６％の黒鉛粉と、０．８％の潤滑用ステアリン酸亜
鉛粉とを添加し、これをＶ型混合機により３０分間混合
した。この混合粉末を用いて成形体密度７．０　ｆ　／
　ｃｍ”の引張試験片（ＪＳＰＭ標準２−６４）を圧粉
成形した。

次いで繭記引張試験片を焼結炉において１２００℃で４
Ｄ分で焼結（雰囲気は分解アンモニアガス）を行ない、
焼結体引張試験片を製造した。

この焼結体引張試験片を用いて引張試験を行なった。引
張試験は常温において引張速度２　ｓｒ／ｍ　ｉ　ｎの
条件で行ない、その結果を第１図の棒グラフに夫々示し
である。

さらに、前述した焼結体引張試験片の熱処理後の引張強
度を測定するために、該焼結体に焼入焼戻しを施した。

焼入は真空熱処理を用い、８８０℃で３０分間加熱佐、
油焼入を行ない、焼条件、すなわち常温において引張速
度２ｍ／ｍｉｎで引張試験を施し、その結果を第２図の
棒グラフに夫々示した。

以上のように行なった引張強度試験の結果について説明
する。

まず、第１図に示す焼結体における引張強さは、実施例
１でｂ　２　ｋｇ　ｆ／ｉｓ”　ｖ実施例２で６５１（
ｇｐｍ”の測定値を夫々示し、比較例１の４７　ｋｇ　
ｆ／””　＊比較例２のｓｏｋｇｆ／−に比べて抜群の
性能であった。実施例２が実施例１よりも３ｋｇ／−の
強度を示したのは強・化元素であるモリブデン（Ｍｎ）
を倍近く含んでいるためである。

次に第２図を用いて熱処理後の引張強さを説明する。本
発明に係る低合金鉄粉床を用いて形成した試験片では実
施例１が１３７　ｋ　ｇ　ｆ／　ｌｌＩｍ”、　実施例
２が１．４２　ｋｇｆ／−といずれも高い引張強度を示
し、比較例１の１０５ｋｇｆ／鰭＝、比較例２の９８に
両−に比べて性能の良いことがわかる。尚、ここでも実
施例２の測定値の方が優れているが、これは前述の理由
の他に、熱処理性及び靭性に優れた元素であるニッケル
（Ｎｉ　）を若干多量に混合したからである。

（発明の効果） 以上纏々歇明したように、本発明に係る焼結用低合金鉄
粉末及びその製造方法によれば以下のような効果を奏す
る。

車量比で、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜１．４％、二、
ケル（Ｎｊ）（１５〜４％、クロム（Ｃｒ）１１〜０．
３％、炭素（ＣＩｏ、０５％以下、除累（０りをα３％
以下及び不可避不純ｖｌＪ２％以下、残部実質的に妖（
Ｆｅ）　　よりなる焼結用低合金鉄粉末を製造し、しか
もこの低合金鉄粉床を製造するのにモリブデン（Ｍｏ　
）ｔクロム（Ｃｒ）を含む鉄粉床をプレアロイ法により
製造した彼、ニッケル（Ｎｉ）の粉末を混合して還元処
理してこれを粉化したので、焼結体として製造する場合
に高い圧縮成形性及び高い焼入性を示し、また焼結体と
して形成した後にも強度性能に優れた構造用機械部品等
を侍ることができると共に、特にニッケル（Ｎｉ）を粉
末として添加することにより焼結体に焼入等の熱処理を
施した場合に熱処理性９強度性及び靭性についても高い
性能を示し、同一組成であっても製造方法の異なる他の
低合金鉄粉床とは隔絶した機械的強度特性を示す焼結材
料を提供することができる。また、原料コスト的にも舎
り高価な強化金属元素を用いず、製造方法に工夫を凝し
ているのでコストの低減に資するものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る焼結用低合金鉄粉本及び
その製造方法の機械的強度特性を説明するものであり、
第１図は本発明に係る低合金鉄粉末により製造した焼結
体引張試験片の引張強さを示す特性図、第２図は該焼結
体引張試験片に熱処理を施した後の引張強さを示す特性
図である。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で、モリブデン（Ｍｏ）を０．２〜１．４
   ％、ニッケル（Ｎｉ）を０．５〜４％、クロム（Ｃｒ）
   を０．１〜０．３％、炭素（Ｃ）を０．０５％以下、酸
   素（Ｏ＿２）を０．３％以下及び不可避不純物を２％以
   下夫々含有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）よりなること
   を特徴とする焼結用低合金鉄粉末。
2. （２）重量比で、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、３％以下、酸素（Ｏ＿２）を２％以下、不可避不純
   物を２％以下、残部鉄（Ｆｅ）より成る低合金鉄粉末を
   製造する第１工程と、前記粉末にニッケル（Ｎｉ）又は
   ニッケル（Ｎｉ）酸化物を粉末で混合する第２工程と、
   前記混合粉末を８００〜１０５０℃で２０分以上還元処
   理する第３工程と、前記還元処理物を再び粉末化処理す
   る第４工程とからなることを特徴とする焼結用低合金鉄
   粉末の製造方法。