JPS61264101A - 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に対して高周波加熱等の加熱手段
により表面部を加熱軟化させた後金型に装着して鍛造成
形することによって、焼結部材の加熱軟化された表面部
のみを圧密化させるとともに加熱軟化されていない内部
に対しては空孔の多い状態として、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
めて製品部材を製造する金属材料の成形方法であって、
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、自動車用部品等の
製造に広く適用されている。

しかし、焼結法は他の金属材料成形方法（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
いるという有利な特性を有している反面、焼結法により
製造された焼結部材はその製造原理に起因して、焼結部
材の表面部及び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
品への適用範囲が限定されていたのが現状であった。

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既
に提案されている（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、焼結部材の表面部及び内部に
おける空孔の存在が避けられないことがら引張強度、疲
労強度等の強度特性を充分に確保することができず、そ
のために合金化、高密度化、均質化等の手段により焼結
部材の強度特性を向上させようとすると、焼結部材の優
れた特性である低価格性、軽量特性を損なうこととなり
、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にある
。

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を高
周波加熱等の表面加熱手段により加熱軟化させた状態で
金型に装着して鍛造成形することにより、焼結された燃
結部材の表面部のみに対する圧密化を図るとともに加熱
軟化されていない内部に対しては空孔の多い状態とする
ことによって、焼結部材の有する低価格性、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〕

このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける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
て加熱焼結させる工程と、 上述により焼結された焼結部材の表面部に対して、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、 表面部の加熱軟化された焼結部材を金型に装着して鍛造
成形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、 上述の表面部の加熱軟化された前記焼結部材を金型に装
着して鍛造成形させる工程において、表面部に対して高
周波加熱等の表面加熱手段により表面部と内部とにおい
て変形抵抗の異なる状態に加熱された前記焼結部材を鍛
造成形することによ・って、加熱軟化された表面部のみ
を圧密化させるとともに加熱軟化されていない内部に対
しては空孔の多い状態と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。

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好適に通
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適している。

さらに、具体的には、鉄粉、ｆＩ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、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、本発明法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、加熱焼結させ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
化される。

次に、焼結された焼結部材の表面部に対して高周波加熱
等の表面加熱手段により加熱軟化させた後、表面部の加
熱軟化された焼結部材を金型に装着して鍛造成形させる
工程は、第１図に示すように焼結部材の表面部は、裏面
部温度ａが高周波加熱等の表面加熱手段により所定の表
面加熱時間Ｃ加熱されて変形抵抗の小さい高温°の状態
にあり、焼結部材の内部は内部温度すが変形抵抗の大き
い低温の状態で所定の鍛造成形時間ｄ鍛造成形すること
によって、焼結部材における加熱軟化された表面部のみ
を圧密化させるとともに、加熱軟化されていない内部に
対しては空孔の多い状態とすることができるのである。

このように本発明法による高強度焼結部材の製造方法に
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、焼結部材の引張強度
、疲労強度等の強度特性を著しく向上させることができ
るばかりでなく、焼結部材の内部に対しては変形抵抗の
大きい低温の状態で鍛造成形させることにより、焼結部
材の内部に対しては空孔の多い状態とすることができる
ことから焼結部材の低価格性、軽量特性を損なうことが
ないのである。

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。

本発明法により高強度焼結部材である焼結コネクティン
グロッドを製造する製造工程を第２図に示している。

以下、第２図に示す高強度焼結部材（焼結コネクティン
グロッド）の製造工程に沿ってこの実施例を説明する。

まず、重量比率にて０．５％Ｃ−１％Ｃｒ　−０，８％
Ｍ　ｎ　−０，２％Ｍｏ−Ｂａ１Ｆｅ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圧粉成形された圧粉成形体
の密度は約７．０ｇ／ｃｍ’であった。

その後、この焼結コネクティングロッド用の圧粉成形体
を窒素ガス雰囲気中にて１３００℃×２０分間加熱焼結
した後、焼結炉にて炉中冷却した。

ついで、第３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２により包囲させた状
態にて通電し、焼結された焼結コネクティングロッド１
の表面部を加熱軟化させた。

次に、第４図に示すような金型構造を有する金型キヤビ
テイ内にこの焼結コネクティングロッド１を装着した後
、コイニングを兼ねた鍛造成形を実施した。

なお、第４図に示す金型装置において３はダイス、４は
上パンチ、５は下パンチであり、上パンチ４と下パンチ
５との空間に焼結された焼結コネクティングロッド１を
装着してプレス等の加圧手段により焼結された焼結コネ
クティングロッドＩを鍛造成形した。

また、６及び７は焼結コネクティングロッド１の、それ
ぞれ大端部孔及び小端部孔に貫通配置させるコアロッド
である。

また、他の加熱軟化された表面部を有する°上述のよう
な焼結コネクティングロッド１に対しては、鍛造成形し
室温まで冷却させた後アークハイト０゜４鶴の強さのシ
ョットピーニング処理を実施した。

また、比較のために上述した実施例の製造方法における
加熱軟化された表面部を有する焼結コネクティングロッ
ド１に対する鍛造成形工程を除き、その他の工程は実施
例の工程と全く同一とした従来品（焼結状態）の焼結コ
ネクティングロッド１を製造した。

その後、上述により加熱軟化された表面部を有する焼結
コネクティングロッド１に対して鍛造成形させた、本発
明品の焼結コネクティングロッド１と従来品（焼結状態
）の焼結コネクティングロッド１とに対して「耐久限疲
労強度」及び「表面空孔率」を比較評価した。

その比較評価結果を第５図に示している。

第５図において斜線を施した棒グラフは焼結コネクティ
ングロッド１の「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５図から明らかなように、本発明法により加熱軟化さ
れた表面部を有する焼結コネクティングロッド１を鍛造
成形した本発明品■（焼、結コネクティングロンド）は
、このような鍛造成形を実施しない従来品（焼結状態）
に比較して、「耐久限疲労強度」は従来品の２倍以上に
向上しており、また、「表面空孔率」は１／４以下に低
減されていることが理解される。

また゛、本発明法により製造した焼結コネクティングロ
ッド１に対して、さらにショットピーニング処理を施し
た本発明品■におい゛ては、「表面空孔率」は殆ど変化
しないものの「耐久限疲労強度」がさらに向上している
ことが理解される。

〔発明の効果〕

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いて
、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た状態で金型に装着して鍛造
成形することにより、焼結された焼結部材の表面部のみ
に対する圧密化を図るとともに加熱軟化されていない内
部に対しては空孔の多い状態とすることによって、焼結
部材の有する低価格性、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、本発明法において高周波加熱から鍛造成形過
程における、焼結部材の裏面部温度及び内部温度の経時
変化を示す図。 第２図は、本発明法により高強度焼結部材（焼結コネク
ティングロッド）を製造するための製造工程を示す図。 第３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
す説明図。 第４図は、焼結され表面部を加熱軟化された焼結部材（
焼結コネクティングロッド）に対して鍛造成形している
状況を示す説明図。 第５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「耐久限疲労強度」及び「表面空孔率」を比
較したグラフである。 １−・−焼結コネクティングロッド。 ２−−−−−一高周波加熱コイル。 ３−−−−−−ダイス。 ４−−−−−一上パンチ。 ５−−−−−一下パンチ。 ６．７・−・−コアロッド。 ａ　−一−・・・裏面部温度。 ｂ・−・−内部温度。 ｃ　−−一表面部加熱時間。 ｄ−・−鍛造成形時間。 出願人　　　　　　トヨタ自動車株式会社第４図 而Ｔ 第５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
   て加熱焼結させる工程と、 上述により焼結された焼結部材の表面部に対して、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、 表面部の加熱軟化された焼結部材を金型に装着して鍛造
   成形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、 上述の表面部の加熱軟化された前記焼結部材を金型に装
   着して鍛造成形させる工程において、表面部に対して高
   周波加熱等の表面加熱手段により表面部と内部とにおい
   て変形抵抗の異なる状態に加熱された前記焼結部材を鍛
   造成形することによって、加熱軟化された表面部のみを
   圧密化させるとともに加熱軟化されていない内部に対し
   ては空孔の多い状態とすることを特徴とする高強度焼結
   部材の製造方法。