JPS61264105A - 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
により加熱軟化させた後、その表面部に対してショット
ピーニング処理を施こすことによって、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して、焼結部材の有
する低価格性、軽量特性、低騒音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、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／Ｃｍ３）、低騒音特
性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においてはその製造原理
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るの
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より
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から、引張強度、疲
労強度等の強度特性の確保が困難であり、一方、合金化
、高密度化。

均質化等の手段により強度特性を向上させた焼結部材に
おいては、焼結部材の優れた特性である低価格性、軽量
特性、低騒音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に対
して、高周波加熱等の表面加熱手段により焼結部材の表
面部を加熱軟化させた状態でショットピーニング処理を
施こすことにより、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、低騒音特性を損なうこ
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、 加熱軟化された焼結部材の表面部に対してショットピー
ニング処理を施こす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に対してシ
ョットピーニング処理を施こす工程において、表面部に
対する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
部材に対してショットピーニング処理を施こすことによ
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適
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、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特性を向上させる効
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’の圧粉成形体を形成させる
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合金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合金中に拡散して固溶
化される。

次に、焼結された焼結部材の表面部を高周波加熱等の表
面加熱手段により加熱軟化させた後、焼結部材の加熱軟
化された表面部に対してショットピーニング処理する工
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裏面
部加熱時間Ｃだけ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ショットピーニング処理時間ｄ
だけショットピーニング処理を施こすことによって、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における空孔
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ショットピーニング処理を施
こすこととなることから、焼結部材の低価格性、軽量特
性、低騒音特性を損なうことがないのである。

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入の悪影響が殆ど
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鶴以上、カバレージ１００％以上
とするのが適当である。

なお、本発明法において焼結部材の加熱軟化された表面
部に施こすショットピーニング処理を、焼結部材の表面
部が加熱軟化された状態から室温に冷却されるまで継続
して実施することにより焼結部材の表面部に圧縮残留応
力を付与することができ、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。

第２図に本発明法により高強度焼結部材である焼結歯車
の製造工程を示している。

以下、第２図に示す焼結歯車の製造工程に沿ってこの実
施例を詳細に説明する。

まず、重量比率にて０．５％Ｃ−１％Ｃｒ−０゜８％Ｍ
　ｎ　−０，２％ＭＯ−ＢａｌＦｅからなる組成を有す
る粉末冶金用金属粉末原料に、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、加熱焼結工程により焼結歯車を製造し
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／ｃｔａ）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歯車１を高
周波加熱コイル２により包囲させた状態で通電し、焼結
された焼結歯車１の表面部のみを加熱軟化させた。

次に、第４図に示すように表面部のみが加熱軟化された
焼結歯車１に対してアークバイト０．４　ｗの強さのシ
ョットピーニング処理を実施して、焼結歯車１の表面部
のみを圧密化させた。

なお、この時焼結歯車１の内部の温度は表面部に比較し
て低いことから変形抵抗が大きく、ショットピーニング
処理による空孔の圧密化は殆ど進行しない。

また、比較のために上述した実施例の製造方法でショッ
トピーニング処理による焼結歯車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（同一とした従来品の焼結歯車１を製造した。

その後、上述の工程により製造された焼結歯車１の本発
明品及び従来品の、歯元の曲げに対する「耐久限疲労強
度」及び「表面空孔率」を測定した。

その測定結果を第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歯元の曲げに対
する「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
れた表面部に対してショットピーニング処理を施こした
本発明品（焼結歯車１）は、このようなショットピーニ
ング処理を施さない従来品に比較して、歯元の曲げに対
する「耐久限疲労強度」は従来品の約２倍に向上してお
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。

〔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に対して、高周波加熱等
の表面加熱手段により焼結部材の表面部を加熱軟化させ
た状態でショットピーニング処理を施こすことにより、
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、低騒音特性を損なうことな（、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ショットピ
ーニング処理過程における、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、本発明法により焼結部材（焼結歯車）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
歯車）を高周波加熱している状況を示す図。 第４図は、焼結された焼結歯車の加熱軟化された表面部
に対して、ショットピーニング処理している状況を示す
説明図。 第５図は、焼結歯車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・−−−−一焼結歯車。 ２−−−−−一高周波加熱コイル。 ３・−一一−−ショット粒子。 ａ−・−−−一表面部温度。 ｂ−−−・−内部温度。 ｃ−ｍ−・−裏面部加熱時間。 ｄ−・−ショットピーニング処理時間。 出願人　　　　　　トヨタ自動車株式会社９！ｒ　Ｆｊ
’ｌ　（ｓｅｃ） 第」図 第２図 第３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、 加熱軟化された焼結部材の表面部に対してショットピー
   ニング処理を施こす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に対してシ
   ョットピーニング処理を施こす工程において、表面部に
   対する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
   部材に対してショットピーニング処理を施こすことによ
   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。