JPS61253303A - 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
、焼結された焼結部材の表面部にショットピーニング処
理を施した後焼入焼もどし等の熱処理を実施することに
よって、焼結部材の表面部に対してのみ圧密化させると
ともに合金元素の積極的な拡散を促して、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、生産性が高く精
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／ｃｎ＋’）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
でなく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った後２
次焼結させることとした焼結部材の強度向上方法等が提
案されている（例えば、特開昭５９−１２６７５３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、とりわけ、焼
結部材において残留空孔の切欠効果により非熱処理材に
対する引張強度の向上に見合った疲労強度を確保するこ
とができす、疲労強度／引張強度の比で表示される疲れ
限度比が０６２〜０．４５と通常の約０，５に比較して
低い側に大きなバラツキが認められ、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
グを行った後２次焼結させる焼結部材の強度向上方法に
おいても、焼結部材が冷間状態となるまで冷却させた後
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ことから、
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
かりでなく基地硬さを上昇させて被削性を劣化させると
ともに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
の製造工程において焼結された焼結部材の表面部にショ
ットピーニング処理を施した後焼入焼もどし等の熱処理
を行うことにより、単に焼結部材の表面部の圧密化にと
どまらず合金元素の拡散を伴った強靭な表面層を形成さ
せることによって、焼結部材の有する低価格性及び軽量
特性を損なったり、被削性を劣化させるような圧粉成形
粉末の基地硬さを上昇させることなく、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。

ｃ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、 前記圧粉成形体を圧粉成形するために添加した、ステア
リン酸亜鉛等の潤滑剤を放散させる脱ろう処理を行う工
程と、 脱ろう処理された前記圧粉成形体を、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に対してショットピーニン
グ処理する工程と、 ショットピーニング処理された焼結部材を焼入焼もどし
等の熱処理を実施する工程とからな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。

本発明法において、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高強度
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、ｆ！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して多く使用され
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、成形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、本発明法においては製造された焼結部材の焼入性
を向上させるという観点から、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ
等の合金元素を積極的に添加するのが望ましく、このよ
うな合金元素を添加して製造された焼結部材の疲労強度
は従来法により製造された焼結部材に比較してさらに疲
労強度の向上を図ることができる。

次に、本発明法における圧粉成形工程は、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’の圧粉成形体を成形させる
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の焼結反応
を進行させて一体化させる工程である。

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にショットピーニン
グ処理を行う工程は、焼結された焼結部材の表面部の空
孔を圧潰して緻密化するためである。

なお、本発明法におけるショットピーニング処理条件は
被ショットピーニング処理部材が焼結部材であるため、
オーバーピーニング等による強度特性への悪影響が殆ど
ないことから、ショットピーニング処理の強さとしては
、アークハイト０．１５寵以上、カバレージ１００％以
上とするのが適当である。

そして、上述によりショットピーニング処理された焼結
部材を焼入焼もどし等の熱処理を実施することとしてい
るのは、単に焼結部材の表面部を圧密化させるだけにと
どまらず合金元素の拡散を伴った強靭な表面層を形成さ
せることによって、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ためである。

なお、この熱処理の条件としては、合金元素の拡散を積
極的に行わせるためには最低Ｔｍ／２（ＴｍＨ融点の絶
対温度”Ｋ）以上とする必要があるが、一般的な焼入処
理温度（通常、Ａ１点＋約５０℃）で充分にその条件を
満足しており、むしろ、通常の焼結温度（１１００℃以
上）での加熱は結晶粒の粗大化及び熱処理歪等を促進さ
せることから不適当である。

なお、本発明法により製造した焼結部材に再度ショット
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させ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） 第１図は、本発明法にかかるこの実施例により高強度焼
結部材を製造する工程を示す図である。

以下、第１図に基づいてこの実施例における高強度焼結
部材の製造方法を詳細に説明する。

まず、Ａｌ５Ｉ４１００系の低合金鉄粉原料に、重量比
率にて０．６％の黒鉛と０．６％のステアリン酸亜鉛を
添加した後２０分間混粉して粉末冶金用混合粉末原料と
した。

ついで、この粉末冶金用混合粉末原料を用いて通常の圧
粉成形工程、加熱焼結工程により、小野式回転曲げ疲労
試験片を製作するための焼結体を製造した。

なお、圧粉成形圧力番こおける圧粉成形圧力は５ｔｏｎ
　／　ｃｎ＋　”とし、圧粉成形された圧粉成形体の密
度は約６．８ｇ／ｃ１１３であった・ その後、このようにして圧粉成形された圧粉成形体に対
して５００℃×３０分の脱ろう処理を行った後、本焼結
として脱ろう処理された圧粉成形体を露点が一３０℃以
下の窒素ガス雰囲気中にて１３００℃Ｘ２０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させた。

上述のようにして焼結された焼結体を用いて、小野式回
転曲げ疲労試験片に加工した。

次に、この小野式回転曲げ疲労試験片の表面部に対して
、アークハイト０．３（ｉｎ、カバレージ１００％以上
の条件によりショットピーニング処理を実施した。

さらに、上述によりショットピーニング処理された焼結
部材を８５０℃×３０間加熱保持後油冷の焼入処理と、
４００℃×６０分間加熱保持後放冷の焼もどし処理を行
った。

上述のような工程により製造した焼結部材を用いて小野
式回転曲げ疲労試験を行った。

その小野式回転曲げ疲労試験結果を第１表に示している
。

第１表 注１）本発明品■は、ショットピーニング処理を施こさ
ない試験片である。

注２）本発明品■は、ショットピーニング処理を施した
試験片である。

注３）ρは密度であり、この実施例の試験片においては
６．８ｇ／ｃ＋ａ’とした。

第１表から明らかなように、本発明法により製造された
高強度焼結部材（本発明品■）は、従来法により製造さ
れた焼結部材に比較して引張強度においては大きな強度
差が認められないのに対して、疲れ限度比及び比強度に
おいて従来法により製造された焼結部材に比較して著し
く向上していることが理解される。

また、本発明法により製造された高強度焼結部材に再度
ショットピーニング処理を施した本発明材■の強度特性
から明らかなように、本発明の高強度焼結部材の製造方
法において熱処理後に再度ショットピーニング処理を施
すことによって、疲労強度、疲れ限度比、比強度に対し
てさらに向上させ得ることが理解される。

これは熱処理後のショットピーニング処理により付与さ
れた、大きな圧縮残留応力の効果に基づいているものと
考えられる。

なお、焼結部材の基地硬さくＨｖ）は本発明品■及び本
発明品■のいずれにおいても従来品の基、　地硬さくＨ
ｖ）と同等であり、本発明法の採用による焼結部材の被
削性の劣化は殆どないことが理解される。

（実施例２） 実施例１と同様な工程により焼結コネクティングロッド
を製作し、従来法による熱間鍛造法もしくは焼結鍛造法
により製造されたコネクティングロッドと比較して、コ
ネクティングロッド実体における疲労強度を評価した。

その結果、重量においては約１５％軽い本発明法により
製造された焼結コネクティングロ・７ドが、従来法によ
り製造されたコネクティングロッドと同等もしくはそれ
以上の疲労強度を確保できることが確認され、コネクテ
ィングロッド実体においても疲労強度を低下させること
なく大幅な軽量化を図ることのできることが明らかとな
った。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にががる高強度焼結
部材の製造方法によれば、焼結部材の製造工程において
焼結された焼結部材の表面部にショットピーニング処理
を施した後焼入焼もどし等の熱処理を行うことにより、
単に焼結部材の表面部の圧密化にとどまらず合金元素の
拡散を伴った強靭な表面層を形成させることによって、
焼結部材の有する低価格性及び軽量特性を損なったり、
被削性を劣化させるような圧粉成形粉末の基地硬さを上
昇させることなく、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、本発明法により高強度焼結部材を製造するた
めの製造工程を示す図である。

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、 前記圧粉成形体を圧粉成形するために添加した、ステア
   リン酸亜鉛等の潤滑剤を放散させる脱ろう処理を行う工
   程と、 脱ろう処理された前記圧粉成形体を、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に対してショットピーニン
   グ処理する工程と、 ショットピーニング処理された焼結部材を焼入焼もどし
   等の熱処理を実施する工程とからなることを特徴とする
   高強度焼結部材の製造方法。