JPS61201752A - 粒子分散合金の製造法 - Google Patents

粒子分散合金の製造法

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JPS61201752A
JPS61201752A JP60041429A JP4142985A JPS61201752A JP S61201752 A JPS61201752 A JP S61201752A JP 60041429 A JP60041429 A JP 60041429A JP 4142985 A JP4142985 A JP 4142985A JP S61201752 A JPS61201752 A JP S61201752A
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alloy powder
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亮 洞田
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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、粉末冶金法による耐摩耗材料等として用いら
れる粒子分散合金の製造法に関する。
[従来の技術〕 従来、産業機器等の発展から、よりすぐれた耐摩耗性を
もつ材料が要求されてきた。例えば切削工具として切削
速度を向上させるために高速度鋼などが開発されている
。これらのすぐれた製品をつくるための製造法の一つに
粉末冶金法がある。
粉末冶金法の特徴はかなり任意の範囲の組成の製品をつ
くることが可能である、偏析の少ない製品をつくること
ができるなどがある。この方法を用いることにより、炭
化物、窒化物、硼化物のように非常に硬度の高い粒子を
製品中に分散させた粒子分散合金をうろことができ製品
の耐摩耗性を向上させることができた。これらは例えば
溶融合金を噴霧固化させて製造した合金粉末と微細な前
記粒子粉末とを混合後、成形し、HIP(熱間静水圧プ
レス)等により焼結され粒子分散合金とされる。
[発明が解決しようとする問題点] 粒子分散合金の靭性、耐摩耗性は、合金中の粒子の分散
の均質度を高めることにより向上させることができ、又
この均質度は、混合に用いる合金粉末及び粒子粉末の粒
径が小さいほど向上する。
しかし、通常使用できる合金粉末の粒径は100μm程
度であるのに対し、粒子粉末のそれはほぼ5μm以下で
あり、製造された粒子分散合金の均質度は100μm程
度となって充分とは言えない。
又、合金粉末は、容易に粉砕することができない場合が
多い。すなわち、合金粉末は、高靭性、高硬度であるた
めに、ボールミル等で粉砕することは容易でなく、又、
可能であっても非常に大きなエネルギーを必要とする。
[問題を解決するための手段] 本発明は、発明の構成として上記の問題点を解決するた
めに次のような技術的手段を採用した。
即ち、本発明の粒子分散合金の製造法は、1”eと C,Cr 、Mo 、Mn 、Co 、W、VおよびN
iから選ばれた1種又は2種以上の元素とからなる合金
中に 元素の周期率表で4A族、5A族、6A族に属する元素
及びケイ素の炭化物、窒化物及び硼化物から選ばれた1
種又は2種以上からなる粒子を分散してなる粒子分散合
金の製造法において、上記合金粉末を酸化する酸化工程
と、 酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程と、酸化工程前
又は酸化工程後の合金粉末と、粒子粉末とを混合する混
合工程と、 少なくとも酸化工程及び粉砕工程の後に行なわれる酸化
された合金粉末を還元する還元工程と、最終に行なわれ
る焼結工程と からなることを特徴とする。
FeとC,Or 、Mo 、Mn 、Go 、W、Vお
よびNiから選ばれた1種又は2種以上の元素からなる
合金は、硬度、初生等において優れた性質会 をもつものである。中でも、重量%でCo、5〜彊− 2,5、Cr3〜6.1yln≦10、CO≦20、W
≦25、■≦15、残部がFeと不可避的不純物からな
るものは特に浸れた性質をもつ。
上述の合金は、原料を溶解炉中で溶融した後、該溶融合
金を噴霧して造粒を行ない合金粉末とする。噴霧方法に
より、合金粉末の粒度は異なるが通常は100μm程度
である。
ここで各金属単体粉末を用いずに合金粉末を用いたのは
、各金属単体粉末を利用した場合には、後述の粉砕工程
において、硬度等の差から粒径に差ができるために製造
された粒子分散合金の均質度が向上しないという理由に
よる。
合金中に分散される粒子は硬度、高温における化学的安
定性が要求されるために元素の周期率表で4A族(Ti
 、Zr、Hf >、5A族(V、 Nb、Ta)、6
A族(Or 、MO1W)及び3iの炭化物(例えば、
Ti C1Si C,Ta C,MO2CN W C等
)、窒化物(Ti N、Si iNa、ZrN等)及び
硼化物(Ti Bz、ZrBz、CrBz、MozBs
、W2B5)等から選ばれた1種又は2種を用いる。こ
れらは、炭化物、窒化物、硼化物の機械的粉砕、気相合
成等の方法で製造され、又、脆いために比較的容易に粒
径が数μm程度のものを得ることができる。
さらに合金中に分散される粒子は周期率表で4A族、5
A族、6A族の各元素を2種以上含む複合材炭化物、窒
化物、硼化物であってもよい。
合金粉末を酸化する酸化工程は、合金粉末を例えば80
0℃程度に空気中で加熱する、大気中酸化等の方法によ
り行なう。
酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程は、ボールミル
、アトライター、ジェットミル等の通常手段によって行
なう。これは、酸化された合金粉末が合金粉末に比べて
非常に脆くなるためである。
特に、本発明においては、より微細に粉砕することが粒
子分散合金における粒゛子の均質度を高める上で必要と
なるため、遊星ボールミル、アトライター等の高エネル
ギーミルを用いると好ましい。
又、合金中に炭素が含まれる場合には、この炭素を、酸
化処理前にA「ガス中で加熱する等の方法により合金成
分の炭化物として析出させておくと酸化時の炭素減少が
少なくなる。この場合には、該炭化物が酸化処理で酸化
されないように、例えば空気中で加熱して酸化する場合
には温度を下げる等の注意が必要となる。
酸化された合金粉末又は合金粉末と上記粒子粉末とを混
合する混合工程は、ボールミル、混合機等の通常の方法
で行なうことができる。さらに、粉砕前の酸化された合
金粉末と粒子粉末とをボールミル中に投入すると粉砕工
程と混合工程とを同時に行なうことができ好ましい。又
、酸化しやすい合金粉末を用いる場合には、合金粉末と
粒子とをボールミル中に投入すると酸化工程、粉砕工程
及び混合工程が同時にでき好ましい。
酸化された合金粉末を還元する還元工程は、酸化された
合金粉末又はそれを含む混合物を、例えば水素気流等の
還元雰囲気中で加熱する、混合物に還元剤を添加し焼結
工程と同時に還元工程を行なう等によって行なう。また
本願発明における還元工程とは炭素による浸炭等の工程
も含まれる。
合金粉末又は還元剤を含む酸化された合金粉末と粒子粉
末との混合物は、成分調整のための炭素やその他の元素
の粉末および必要に応じてバインダーを添加した後プレ
ス等により成形され、還元雰囲気中での焼結、あるいは
)−11P(熱間静水圧プレス)法による焼結を経て製
品とされる。
酸化、粉砕、混合、還元及び焼結の各工程は、第1図〜
第3図の工程図に示すように配置される。
尚、図中の矢印は工程の流れを示すものであるが、分岐
において分岐先の工程を並行的に行なうのではなく、ど
ちらか一方の工程を選択して実行するものである。特に
、酸化、粉砕、混合の各工程を同時に行ない、次いで還
元、焼結の各工程を同時に行なうようにすると、工程数
が少なくなり好ましい。
[作用] 本発明は、合金粉末を酸化してから粉砕するために、合
金粉末を合金に分散させる粒子と同程麿の大きさまで粉
砕できる。そのため本発明によって製造された粒子分散
合金の均質度は極めて優れたものとなる。
〔発明の効果〕
本発明を用いることにより、極めて均質度の高い粒子分
散合金を製造できる。そのために耐摩耗性、抗折力にす
ぐれた粒子分散合金を得ることができる。
又、これらを切削工具として用いると工具の耐用時間を
大幅にのばすことができるために、夜間の無人運転等の
長時間の使用において信頼性の高高い工具を捉供できる
[実施例] 本発明の第1の実施例について第4図の工程図を用いて
説明する。
第1表試料No、1〜5に示す組成をもった合金粉末を
A「ガス中で800℃まで加熱して合金中の炭素を炭化
物として析出させた後大気中で800℃まで加熱して酸
化処理を行なった。次いで該酸化物に対して第1表に示
す組成をもった粒子を添加し、ボールミルにより平均粒
径が所定以下となるまで粉砕、混合し、 さらに、該混合物に対して還元剤として炭素粉を25重
量%添加し混合し、 この混合物を炭素鋼の直径60.5III11高さ20
0Il111の缶に充填し、7tOn/−の圧力でプレ
ス成形し、この成形物を缶とともに真空中で1170℃
1時間の熱処理を行ない、CO反応による還元をおこな
った。
さらに、この還元された成形物をプレスにより7ton
/cyAの圧力で加圧し密度を上げた後に、缶を真空封
入して、1000気圧、1150℃、1時間の条件でH
IP処理を行なった。
上述のように製造された試料から、−片が10m+iの
立方体の試験片、および3 、5 ma+x 5 、5
1nX40+amの棒状の試験片を切り出して、ともに
、1190℃に3分間加熱後油冷し、さらに560℃に
1時間加熱後空冷を3回くりかえす熱処理を行なった。
又、熱処理前の各試料から、10.5mmxlo、5m
mx70mmの棒状体を切り出し、1190℃で3分間
加熱後油冷し、さらに560℃で1時間加熱後空冷を3
回くりかえす熱処理を施した後、10mmX 101*
X 7011mの旋削用バイトに加工した。
次いで立方体の試験片T−硬度の測定およびミクロ組成
の観察を行ない、棒状の試験片を用いて抗折力を測定し
、バイトを用いて、次のような条件で連続切削および断
続切削試験を行ない、摩耗性を調べた。
く切削条件〉 (1) 連続切削 工具形状 0,6.6.6.0,0.5゜0.5 (R
) 送り   0.2 (a++++/Rev)切込み  
1(sm) 切削速度 150 (1/min ) 被切削材 80M420(焼きならし材)潤滑剤  水
溶性 切削時間 3 m1n (2) 断続切削(突切り) 工具形状 30.0,3.7.O,0゜0.25 (R
) 送り   0.05 (+u/Rev)切込み  5(
am) 切削速度 60〜52 (Ill /Win )被切削
材 80M420(焼きならし材)製歯車(1−2,5
、 Z−31、外形−φ82.5) 潤滑剤  水溶性 切削回数 15回 尚、酸化粉砕しない合金粉末と粒子とを混合粉砕し成形
したものを試料と同じ条件でHIP法により焼結し、試
料と同様に成形熱処理を行ない比較例とし第1表試料N
0.10〜14として記載した。
本発明の第2の実施例について第5図の工程図説明する
第1表試料No、6〜9に示す組成をもった合金粉末を
第1の実施例と同様に炭化物の析出酸化処理を行なった
後にボールミルにより平均粒径が所定以下となるまで粉
砕し、 該粉砕物を水素気流中で1000℃に加熱して還元し、 第1表に示す組成をもつ粒子とをボールミルによって混
合し、 この混合物を第1の実施例と同様の缶に充填し、同様に
プレス成形した後、 第1の実施例と同様の条件でHIP法により焼結を行な
った。
上述のように製造された試料は第1の実施例と同様に加
工され、硬度の測定、ミクロ組成の観察、耐摩耗性試験
を行なった。
尚、酸化粉砕をしない合金粉末と粒子とを混合、粉砕し
たものを試料と同条件で焼結し比較例とし第1表試料N
o、15〜18として記載した。又、耐摩耗性のうち、
比摩耗度の測定条件を第2表″に示す。
第2表 以上のような実験から、合金粉末を酸化させてから粉砕
する工程をもつ本発明によって製造される粒子分散合金
は、従来のものに比べて、抗折力、耐摩耗度において特
に優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の工程図、第4図は第1の
実施例の工程図及び第5図は第2の実施例の工程図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Feと C、Cr、Mo、Mn、Co、W、VおよびNiから選
    ばれた1種又は2種以上の元素とからなる合金中に 元素の周期率表で4A族、5A族、6A族に属する元素
    及びケイ素の炭化物、窒化物及び硼化物から選ばれた1
    種又は2種以上からなる粒子を分散してなる粒子分散合
    金の製造法において、上記合金粉末を酸化する酸化工程
    と、 酸化された合金粉末を粉砕する粉砕工程と、酸化工程前
    又は酸化工程後の合金粉末と、粒子粉末とを混合する混
    合工程と、 少なくとも酸化工程又は粉砕工程の後に行なわれる酸化
    された合金粉末を還元する還元工程と、最終に行なわれ
    る焼結工程と からなることを特徴とする粒子分散合金の製造法。 2 酸化工程と粉砕工程とを同時に行なう特許請求の範
    囲第1項記載の粒子分散合金の製造法。 3 酸化工程と粉砕工程と混合工程とを同時に行なう特
    許請求の範囲第1項記載の粒子分散合金の製造法。 4 粉砕工程と混合工程とを同時に行なう特許請求の範
    囲第1項記載の粒子分散合金の製造法。 5 還元工程と焼結工程とを同時に行なう特許請求の範
    囲第1項ないし第4項いずれか記載の粒子分散合金の製
    造法。 6 混合工程で還元剤を添加することにより還元工程と
    焼結工程とを同時に行なう特許請求の範囲第5項記載の
    粒子分散合金の製造法。
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Cited By (5)

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