JPS61250103A - 高強度焼結部材の製造方法 - 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、高強度焼結部材の製造方法に関し、詳しくは
、焼結した後高周波加熱等の加熱手段により表面部を加
熱軟化さセた焼結部材を金型キャビティ内に微細硬質粒
子により囲繞されるように　　・装入・配置した状態で
加圧して、焼結部材の加熱軟化された表面部を微細硬質
粒子を介して加圧処理することによって焼結部材の表面
部のみを圧密化し、焼結部材の強度特性を著しく改善す
ることのできる高強度焼結部材の製造方法にかかる。

〔従来の技術〕　　　− 焼結法による焼結部材の製造方法は、粉末冶金用金属粉
末原料を型により圧粉成形した後加熱焼結炉にて焼き固
めて製品部材とする材料の成形方法で、生産性が高（精
度が優れていることから省資源・省エネルギ的な金属部
材の成形方法として自動車用部品等に広く通用されてい
る。　　　゛しかし、焼結法は他の材料成形方法（鍛造
法。

焼結鍛造法等）に比較して、低価格性、軽量特性（通常
、焼結部材の密度は６．０〜７．４ｇ／ｃｏ＋３）に優
れているという有利な面がある反面、焼結法により製造
された焼結部材は原理的にその内部における空孔の存在
が避けられないことから、疲労強度等の強度特性が充分
でな（高強度部品への適用は困難とされていた。

そのため、焼結部材の高強度化に対する要望が近年ます
ます強まってきており、このような焼結部材の高強度化
要求に対して、合金化、高密度化。

均質化等の手段により強度を向上させた焼結部材の開発
が積極的になされている。

また、従来、上述のような引張強度、疲労強度等の強度
特性の低下をもたらす焼結部材の表面空孔を圧潰させて
表面部を緻密化させる手段として、焼結部材の表面部に
ショットピーニング処理と冷間コイニングを行い、さら
に、２次焼結させることとした焼結部材の強度向上方法
等の採用が試みられている（例えば、特開昭５９−１２
６７５３号等）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の焼結部材の製造方法におい
て製造された焼結部材は、焼結部材の内部における空孔
の存在が避けられないことから、引張強度、疲労強度等
の強度特性を充分に確保することができず、また、上述
の焼結部材の表面部にショットピーニング処理と冷間コ
イニングを行い、さらに、２次焼結させる焼結部材の強
度改善方法においても、焼結部材が室温まで冷却された
後の冷間状態でショットピーニング処理及び冷間コイニ
ングを行った後２次焼結をすることとしているため、焼
結部材の表面空孔を確実に圧潰して緻密化させるために
は、大きなショットピーニング処理の吹き付はエネルギ
と、長いショットピーニング処理時間を必要とするばか
りでなく製造工程が複雑となるということである。

従って、本発明の技術的課題とするところは、焼結部材
の製造工程における焼結された焼結部材に対して、焼結
部材の表面部を高周波加熱等の表面加熱手段により加熱
軟化させたまま、金型キャビティ内に微細硬質粒子によ
り囲繞されるように装入・配置した状態で加圧して、微
細硬質粒子を介して前記焼結部材の表面部の加圧処理を
実施することにより、焼結された焼結部材の表面部に対
してのみ圧密化をはかることによって、焼結部材の有す
る低価格性及び軽量特性を損なうことなく、焼結部材の
引張強度、疲労強度等の強度特性を優れたものとするこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の従来の技術における問題点に鑑みて、本発明にお
いて、従来の技術の問題点を解決するための手段は、粉
末冶金用金属粉末原料を圧粉成形して圧粉成形体を形成
する工程と、 前記圧粉成形体を焼結反応が充分に進行する温度範囲に
て加熱焼結する工程と、 焼結された焼結部材の表面部を高周波加熱等の表面加熱
手段により加熱軟化させる工程と、加熱軟化された焼結
部材の表面部を圧密化させる工程とからなる高強度焼結
部材の製造方法であって・ 上述の加熱軟化された前記焼結部材の表面部を圧密化さ
せる工程において、表面部の加熱軟化された前記焼結部
材を金型キャビティ内に微細硬質粒子により囲繞される
ように装入・配置した状態で加圧して、微細硬質粒子を
介して前記焼結部材の加熱軟化された表面部を加圧処理
することを特徴とする高強度焼結部材の製造方法からな
っている。

〔作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

第１図は、本発明法による高強度焼結部材を製造する工
程を示している。

本発明において、粉末冶金用金属粉末原料としては特に
限定されるものでなく、通常の焼結部材を製造するため
に使用される従来の粉末冶金用金属粉末原料を通用する
ことができる。

特に、鉄系の粉末・冶金用金属粉末原料が本発明の焼結
部材の製造方法には通している。

さらに、具体的には、鉄粉、銅粉、黒鉛粉末からなる混
合粉末が粉末冶金用金属粉末原料とじて多く使用されて
いる。

なお、銅粉、黒鉛粉末は加熱焼結工程において鉄粉中に
固溶し、形成された焼結部材の強度等を向上させる効果
を有している。

また、本発明において圧粉成形工程は、混粉された粉末
冶金用金属粉末原料に潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉
末を０．５〜１．０％添加した後圧粉成形して、密度が
５．０〜７．５ｇ／ｃｍ’の圧粉成形体を形成する工程
である。

また、加熱焼結する工程は、圧粉成形体を非酸化性雰囲
気中にて加熱し、粉末冶金用金属粉末原料同士を焼結反
応を進行させて一体化する工程である。

そして、焼結温度、焼結雰囲気等の焼結条件は、使用さ
れる粉末冶金用金属粉末原料の種類によって任意に選択
することができる。

なお、粉末冶金用金属粉末原料が、鉄、銅、黒鉛粉末か
らなる場合には、この加熱焼結工程により鉄粉同士が焼
結されて銅及び黒鉛が焼結された鉄金属中に拡散して固
溶化する。

次に、焼結された焼結部材の表面部を圧密化させる工程
は、焼結部材の表面部が加熱軟化されたまま金型キャビ
ティ内に微細硬質粒子により囲繞されるように装入・配
置した状態で加圧して、微細硬質粒子を介して前記焼結
部材の加熱軟化された表面部を加圧処理する工程である
。

このように金型キャビティ内に表面部を加熱軟化された
焼結部材を微細硬質粒子により囲繞されるように装入・
配置した状態で加圧処理することにより、加圧力を微細
硬質粒子を介して擬似静水圧的に作用させて焼結部材の
加熱軟化された表面部に対して３次元的に加圧処理する
ことができるのである。

なお、上述のように加熱軟化された焼結部材の表面部を
擬似静水圧的に加圧処理するためには、焼結部材を囲繞
するように配置された微細硬質粒子を出来るだけ流動性
に優れた材質、形状とすることが望ましい。

このように本発明法による焼結部材の加圧処理方法によ
れば、加熱軟化された焼結部材の表面部の空孔を確実に
圧潰することができることから、焼結部材の低価格性、
軽量特性を損なうことなく焼結部材の引張強度、疲労強
度等の強度特性を著しく向上することができるのである
。

なお、本発明法により製造した焼結部材にショットピー
ニング処理を付加することにより焼結部材の表面部に圧
縮残留応力を付与し、焼結部材の引張強度、疲労強度等
の強度特性をさらに向上することができることはいうま
でもない。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

（実施例１） まず、重量比率にて０．５％Ｇ−１％Ｃｒ　−０，８％
Ｍ　ｎ　−０，２％Ｍｏ−ｆｉ３１ｐ’６からなる組成
を有する粉末冶金用金属混合粉末原料に、潤滑剤として
ステアリン酸亜鉛粉末を０．６％添加した混合粉末を用
いて、通常の圧粉成形工程、加熱焼結工程を経て焼結コ
ネクティングロッドを製造した。

なお、圧粉成形工程において形成された圧粉成形体の密
度は約７．０ｇ／ｃ＋ｓ’であった。

その後、圧粉成形体を窒素ガス雰囲気中にて１３００℃
×２０分間加熱焼結した後、焼結炉から取り出し大気中
にて放冷した。

ついで、第２図に示すように、焼結された焼結コネクテ
ィングロッド１を高周波加熱コイル２ａにより包囲させ
た状態で、焼結された焼結コネクティングロッド１の表
面部のみを加熱した。

次に、第３図に示すような金型構造の金型キャビティ内
に、この焼結コネクティングロッド１を微細硬質粒子３
により囲繞されるように装入・配置した状態でプレスに
より加圧して、微細硬質粒子３を介して前記焼結コネク
ティングロッド１の加熱軟化された表面部を加圧処理し
た。

なお、第３図の金型装置において、４はダイス。

５は上金型、６は下金型からなり、上金型５と下金型６
の空間に焼結されたコネクティングロッド１を囲繞する
ように微細硬質粒子３を装入・配置して、プレス等の加
圧手段により荷重Ｐｌを負荷することにより、焼結され
た焼結コネクテイングロッド１の加熱軟化された表面部
を圧密化した。

また、他の焼結コネクティングロッド１に対しては、上
述のような焼結コネクティングロッド１の加熱軟化され
た表面部を加圧処理した後、アークハイト０．４　ｍｓ
の強さのショットピーニング処理を実施した。

また、比較のために上記した実施例の製造方法で加圧処
理による焼結コネクティングロッド１の加熱軟化された
表面部に行う圧密化工程を除き、その他の工程は実施例
の工程と全（同一とした従来品焼結コネクティングロッ
ド１を製造した。

その後、上述により加圧処理された焼結コネクティング
ロッドの本発明品と従来品の「表面空孔率」及び「耐久
限疲労強度」を測定した。

その測定結果を第４図に示している。

第４図において斜線を施した棒グラフは「耐久限疲労強
度」を、また、内部が空白の棒グラフは「表面空孔率」
を示している。

第４図から明らかなように、本発明法により加熱軟化さ
れた表面部の加圧処理を実施した本発明品（焼結コネク
ティングロッド）は、このような加圧処理をしない従来
品に比較して、「表面空孔率」は１／３以下に低減され
ており、また、「耐久限疲労強度」は従来品の１．５倍
以上に向上していることが理解される。

（実施例２） まず、０．５％Ｃ−２％Ｎｉ−０．５％Ｍ　Ｏ−Ｂａ１
Ｆｅからなる組成を有する粉末冶金用金属混合粉末原料
に、渭滑剤としてステアリン酸亜鉛粉末を０．６％添加
した混合粉末を用いて、通常の圧粉成形工程、加熱焼結
工程を経て焼結歯車を製造した。

なお、圧粉成形工程、加熱焼結工程はいずれも実施例１
と同様な条件にて実施した。

ついで、第５図に示すように、焼結された焼結歯車７を
高周波加熱コイル２ｂにより包囲させた状態で、焼結さ
れた焼結歯車７の表面部のみを加熱した。

次に、第６図に示すような金型構造の金型キャビティ内
に、この焼結歯車７を微細硬質粒子３により囲繞される
ように装入・配置した状態でプレスにより加圧して、微
細硬質粒子３を介して前記焼結歯車７の加熱軟化された
表面部を加圧処理した。

なお、第６図の金型装置は４　ａ、　　４　ｂ、４　Ｃ
。

４ｄの４つのダイスからなり、ダイス４ａ、４ｂ。

４ｃ、４ｄによって郭定される金型キャビティ内に表面
部を加熱軟化された焼結歯車７を囲繞するように微細硬
質粒子３を装入・配置して、プレス等の加圧手段により
荷重ｐｇ（及びＰ３）を負荷することにより焼結歯車７
の加熱軟化された表面部を圧密化した。

また、実施例１と同様に比較のための従来品として、上
記した実施例の製造方法で加圧処理による焼結歯車７の
加熱軟化された表面部の圧密化工程を除き、その池の工
程は実施例の工程と全く同一として焼結歯車７を製造し
た。

その後、上述により加熱軟化された表面部を加圧処理さ
れた焼結歯車７の本発明品と従来品の「表面空孔率」及
び「耐久限疲労強度」を測定した。

その測定結果を第７図に示している。

第７図において第４図と同様に斜線を施した棒グラフは
「耐久限疲労強度」を、また、内部が空白の棒グラフは
「表面空孔率」を示している。

第７図から明らかなように、本発明法により加熱軟化さ
れた表面部を加圧処理を実施した本発明品（焼結歯車）
は、加圧処理しない従来品に比較して、「表面空孔率」
は１／４以下に低減されており、また、歯元の曲げに対
する「耐久限疲労強度」は従来品の約１．５倍に向上し
ていることが理解される。

〔声明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる高強度焼結
部材の製造方法によれば、焼結部材の製造工程における
焼結された焼結部材に対して、焼結部材の表面部を高周
波加熱等の表面加熱手段により加熱軟化させたま訃金型
キ中ビティ内に微細硬質粒子により囲繞される７ように
装入・配置した状態で加圧して、微細硬質粒子を介して
前記焼結部材の表面部の加圧処理を実施することにより
、をはかることによって、焼結部材の有する低価格性及
び軽量特性を損なうことなく、焼結部材の引張強度、疲
労強度等の強度特性を優れたものとすることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明法により焼結部材を製造するための製
造工程を示す図。 第２図は、本発明法において焼結された焼結部材（焼結
コネクティングロッド）を高周波加熱している状況を示
す図。 第３図は、焼結されたコネクティングロッドを加圧処理
している状況を示す説明図。 第４図は、焼結コネクティングロッドの、本発明品と従
来品における「表面空孔率」及び「耐久限疲労強度」を
比較したグラフ。 第５図は、本発明法において焼結された焼結部材（焼結
歯車）を高周波加熱している状況を示す図。 第６図は、焼結された歯車を加圧処理している状況を示
す説明図。 第７図は、焼結歯車の本発明品と従来品における「表面
空孔率」及び「耐久限疲労強度」を比較したグラフであ
る。 １−・−一一一焼結コネクティングロッド。 ２ａ、２ｂ・−・−高周波加熱コイル。 ３・・−一一一微細硬質粒子。 ４−−−−−−ダイス。 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ−−−−−−ダイス。 ５・・−・−上金型。 ６−・・−下金型、　　　− ７−−−−−一焼結歯車。 Ｐ　１．　Ｐ　、、　ｐ　、−−−−−一加圧力。 出願人　　　　　　トーヨタ自動車株式会社第６図 （丈ｅｔ吉七（印り　　　　　　　　　　　　　（シ５
−ドビーニジ２女８ｆｆ）第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉末冶金用金属粉末原料を圧粉成形して圧粉成形体
   を形成する工程と、 前記圧粉成形体を焼結反応が充分に進行する温度範囲に
   て加熱焼結する工程と、 焼結された焼結部材の表面部を高周波加熱等の表面加熱
   手段により加熱軟化させる工程と、加熱軟化された焼結
   部材の表面部を圧密化させる工程とからなる高強度焼結
   部材の製造方法であって、 上述の加熱軟化された前記焼結部材の表面部を圧密化さ
   せる工程において、表面部の加熱軟化された前記焼結部
   材を金型キャビティ内に微細硬質粒子により囲繞される
   ように装入・配置した状態で加圧して、微細硬質粒子を
   介して前記焼結部材の加熱軟化された表面部を加圧処理
   することを特徴とする高強度焼結部材の製造方法。