JPS6134102A - 焼結鍛造部材の製造方法 - 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、焼結鍛造部材の製造方法に関し、詳しくは、
焼結鍛造部材の製造において、圧粉成形体の表面部の圧
密化を予備焼結された圧粉成形体の表面に固体微粒子を
衝突させることにより実施し、焼結鍛造部材の疲労強度
、引張強度等の機械的性質を改善することのできる焼結
鍛造部材の製造方法にかかる。

〔従来の技術〕

最近、省資源・省エネルギ的な金属部材の製造方法とし
て、金属粉末を焼結処理後に熱間鍛造して焼結体に内在
する空孔を圧潰して焼結部材の強度を向上し、展伸され
た素材を熱間鍛造した鋼部材に匹敵する強度を確保をす
るために焼結鍛造法が広く通用されている。

特に、近年においては、自動車部品、事務機械部品、農
業機械部品等の金属部材が焼結鍛造法により製造されて
いる。

さて、従来の焼結鍛造法においては、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、圧
粉成形体を加熱焼結する工程と、加熱焼結された焼結体
を高温にて熱間鍛造する工程とによって焼結鍛造部材が
製造されている。

このような、従来の焼結鍛造部材の製造方法においては
、圧粉成形によって形成される圧粉成形体の密度は５．
０〜１．５ｇ／ｃｍ’となり、かなりポーラスな状態と
なっていた。

このため、非酸化性雰囲気の加熱焼結炉において焼結さ
れた焼結体を、加熱焼結炉から大気中に取り出すと、焼
結鍛造部材の表面からかなり内部にまで空気が侵入し、
その結果として焼結体の表面部が酸化されたり、脱炭さ
れたりすることが少なくなかった。

また、焼結体の表面部は熱間鍛造時において鍛造型に直
接接触するために、加熱焼結によって高温に加熱されて
い・る焼結体の表面部が鍛造型によって冷却されること
となる。

この冷却された焼結体の表面部は、冷却されない焼結体
の内部に比較して、その後工程である熱間鍛造による圧
密化効果が弱く、このため、表面部に残留空孔を残存し
やすい。

このような理由から、従来の焼結鍛造部材の製−遣方法
においては、焼結された焼結体の表面部に酸化層や脱炭
層が介在したり、空孔が多くなったりする等の欠陥を発
生しやすかった。

このため、従来の焼結鍛造法により製造された焼結鍛造
部材は、疲労強度、引張強度等の機械的性質を充分に確
保することができないという問題点があった。

そこで、従来、上述のような機械的性質の低下をもたら
す表面空孔を圧潰させる手段として、ショツトブラスト
処理等が一般的に採用されており、発明者らも、上述の
ような従来の焼結鍛造法における問題点に対して、圧粉
成形体の表面に固体微粒子を衝突させることによって、
圧粉成形体の表面部における欠陥の少ない焼結鍛造部材
の製造方法を既に提案している（特願昭５９−０１７５
７７号、昭和５９年２月１日出願）。

しかし、上述のような従来法においては、焼結鍛造部材
が室温まで冷却された後に、ショツトブラスト処理を実
施することとしているため、焼結体の表面空孔を確実に
圧潰するためには、大きなショツトブラスト処理吹き付
はエネルギと、長いショツトブラスト処理時間を必要と
するのが通常であった。

また、上記既提案の焼結鍛造部材の製造方法（特願昭５
９−０１７５７７号）においても、圧粉成形体の状態で
その表面に固体微粒子を衝突させて圧粉成形体の表面部
を圧密化することとしていることから、ショツト粒子等
の固体微粒子を圧粉成形体の表面に衝突させる時におい
て、圧粉成形体の表面部の「剥離」を発生したり、角隅
部の「欠け」を発生したりし易く、ショツトブラスト処
理条件（ショツト粒子の速度９粒径、材質等）の選定や
圧粉成形体の密度、形状設計のために多大な実験を必要
とするのが現状であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の、従来の技術における問題点に鑑み、本発明が解
決しようとする問題点は、焼結鍛造部材の製造方法にお
いて、焼結鍛造部材の疲労強度、引張強度等の機械的性
質を改善すべく圧粉成形体の表面部の圧密化を図るため
の固体微粒子を衝突させる工程において、圧粉成形体の
表面に対する固体微粒子の衝突条件の選定が困難である
ばかりでなく、圧粉成形体の表面における「剥離」、も
しくは、圧粉成形体の角隅部における「欠け」を発生し
易いことにある。

従って、本発明の技術的課題とするところは、焼結鍛造
部材の製造方法において、圧粉成形体の表面部の圧密化
を、予備焼結された圧粉成形体の表面に固体微粒子を衝
突させて実施することによって、圧粉成形体の表面に対
する固体微粒子の衝突条件を容易に選定することができ
るばかりでなく、圧粉成形体の表面における「剥離」、
圧粉成形体の角隅部における「欠け」等の欠陥を発生さ
せることなく、焼結鍛造された焼結鍛造部材の疲労強度
、引張強度等の機械的性質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２００〜８００℃の温度範囲にて予備
焼結する工程と、 予備焼結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、加熱焼結され
た焼結体を高温にて熱間鍛造することにより焼結鍛造部
材とする工程とからなる焼結鍛造部材の製造方法であっ
て、 前記予備焼結された圧粉成形体の表面に固体微粒子を衝
突させることによって、該圧粉成形体の表面部を圧密化
する工程を加え、その後、前記加熱焼結する工程を実施
することを特徴とする焼結鍛造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、通常の焼結鍛造部材を製造する
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鍛
造部材の製造方法には適している。

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。

そして、銅粉の配合割合は重量％（以下、重量％を単に
％という。）で１．０〜４．０％、黒鉛粉末の配合量は
同様に０．２〜１．０％、残部実質的に鉄粉とするのが
一般的である。

この混合粉末に、潤滑剤であるステアリン酸亜鉛を０．
５〜１．０％添加して混粉する。

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、形成された焼結鍛造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、予備焼結工程における加熱温度
を２００〜８００℃としたのは、２００℃未満では圧粉
成形体の焼結反応が充分に進行しないため、圧粉成形体
の表面に固体微粒子を衝突させると、圧粉成形体の表面
部における「剥離」。

圧粉成形体の角隅部における「欠け」等を発生し、また
、８００℃を越える高温としてもそれに見合った改善効
果が得られないからである。

また、本発明において、圧粉成形体を形成する工程にお
いて形成・された圧粉成形体の密度を、５゜０〜７．５
　ｇ’／　ｃｍ　’としているのは、圧粉成形体の密度
が５．０ｇ／ｃｍ３未満においては、予備焼結工程の次
の工程である固体微粒子を衝突させる時に、圧粉成形体
の強度が充分でないことから、圧粉成形体の表面部が「
剥離コしたり、角隅部における「欠け」を発生し易す（
なるからである。

一方、圧粉成形体の密度が７．５ｇ／ｃｍ３を越えると
、圧粉成形時における加圧力を極めて大きくする必要が
あり、このような高密度の圧粉成形体を形成することが
、実用的には極めて困難となるからである。

実用上は圧粉成形体の密度は７．５ｇ／ｃｍ’以下で充
分である。

次に、圧粉成形体の表面部を圧密化する工程は、圧粉成
形体を形成する工程で得られ、予備焼結された圧粉成形
体の表面に固体微粒子を衝突させることにより、少なく
とも圧粉成形体の表面部を圧密化する工程である。

なお、固体微粒子を衝突させる方法としては、ショツト
ブラスト処理、エアブラスト処理等を適用することがで
きる。

また、ショツトブラスト処理には、いわゆる、ショット
ピーニング処理をも含んでいる。

そして、ショツト粒子の材質は、鋼、ガラス。

アルミナ等いずれでもよく材質は特に限定されるもので
はなく、場合いよっては、粉末冶金用の鉄粉でもよい。

また、ショツト粒子の粒径は発明者らの試験研究の結果
から、直径０．５ｆｉ以下、より好ましくは０、２　ｘ
＊以下とするのがよいことが明らかとなっている。

そして、予備焼結された圧粉成形体の表面部の圧密化の
程度は、圧粉成形型による圧粉成形体の密度に加えて密
度が０．５〜１．５ｇ／Ｃｌｌｌｆｆ程度高（するのが
望ましい。

また、圧密化される圧粉成形体の表面部の厚さとしては
、５０〜５００μ程度が望ましい。

また、加熱焼結する工程は、表面部が圧密化された圧粉
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化し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。

また、粉末冶金用金属粉末原料が鉄粉原料である場合に
は、雰囲気ガスとしては、いわゆる、ＲＸガスとして知
られている吸熱型ガスが通常である。

また、焼結温度は１１５０℃程度、焼結時間は２０分程
度がよい。

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、この加熱焼結工程により鉄粉同士が焼結さ
れ、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、高温にて熱間鍛造して焼結鍛造部材を製造する工
程は、加熱焼結工程で形成された高温状態の焼結体を鍛
造型に挿入し、鍛造型により熱間鍛造を実施する工程で
ある。

この工程も、基本的には従来の焼結鍛造工程と同一のも
ので、粉末冶金用金属粉末原料として鉄系のものを使用
した場合には、鍛造型としては合金工具鋼製の鍛造型と
し、熱間鍛造時の加圧力としては、８ｔｏｎ／ｃｍ’程
度の加圧力とするのが通常である。

この本発明の製造方法により形成された焼結鍛造部材は
、その表面部での気孔率が１．０％程度となる。

そして、粉末冶金用金属粉末原料として鉄系金属を用い
た場合には、密度７．８０ｇ／ｃｍ’程度の焼結鍛造部
材を製造することができる。

なお、焼結鍛造工程の後に焼結鍛造部材を必要に応じて
熱処理や機械加工を実施することができることはいうま
でもない。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を説明する。

粒径的８０μの純鉄粉１００重量部に対して、粒径２０
μの銅粉を２重量部３拉径約１０μの黒鉛粉を０．６重
量部、さらに、潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛を０．
８重量部配合し、Ｖ型混合機で充分に混合した。

この混合粉末を用いて板厚５ｍ、平行部の長さが２０１
１の坂曲げ試験片用の圧粉成形体を製作した。

その時の圧粉成形圧力は、５　ｔｏｎ　／　ｃｍ　’で
あり、また、形成された圧粉成形体の密度は約６．８ｇ
／ｃｍ’であった。

ついで、圧粉成形体を２５０℃×１０分間加熱して予備
焼結を実施した。

次に、直径φ０．５　ｔｍの鋼球を用いて、圧粉成形体
の表面にショツトブラスト処理を実施した。

その後、ショツトブラスト処理した圧粉成形体を吸熱型
ガス雰囲気中にて１１５０°Ｃ×２０分間加熱焼結し、
その後、焼結炉から取り出し大気中に配置された鍛造型
に移し、直に、８ｔｏｎ／ｃｍ２の加圧力により熱間鍛
造した後、大気中にて放冷した。

なお、焼結炉から焼結体を取り出し鍛造型で鍛造加圧す
るまでの時間は約１０秒であった。

上述により形成された焼結鍛造部材の特性を調査するた
め鍛造部材を切断し、「最大酸化物層の深さ」、「最表
面層空孔率」、「脱炭深さ」、及び「内部硬さ」を測定
した。

さらに、鍛造部材の状態における「引張強度」及び「１
０　目疲労強度」を測定した。

その測定結果を下表に示す。

表 ・・・・ト：！す！８８！巳２巳？ なお、比較のために、上記した実施例の製造方法で、エ
アブラスト処理により圧粉成形体の表面部を圧密化する
工程を除き、その他の工程は実施例の工程と全く同一と
して焼結鍛造部材を製造した。

このようにして製造された焼結鍛造部材及び既提案法に
より製造した焼結鍛造部材の緒特性を本発明法の実施例
の場合と同様に測定し、それらの測定結果も上表に併せ
て示している。

上表から明らかなように、「最大酸化物層の深さ」は、
従来法において９５μであるのに対して、既提案法では
４０μ９本発明法では３５μと減少している。

また、「最表面層空孔率」は、従来法において３．２％
に対して、既提案法及び本発明法ではともに１．０％と
最表面層の欠陥が少なく、「脱炭深さ」も従来法におい
て０．２３ｍに対して、既提案法では０．１２ｍ、本発
明法では０．１５ｍとなっている。

なお、「内部硬さ」は、本発明法、既提案法。

従来法ともにＨＶ２４０〜２６０であり差異は認められ
なかった。

また、「引張強度」は、従来法において７４．６Ｋｇ／
ｍｍ２に対して、既提案法では７５．３　Ｋｇ／　ｍｍ
’　。

本発明法では７６．１　Ｋｇ／　ｍｍ　’であった。

さらに、「１０　回疲労強度」は、従来法において２３
．２　Ｋｇ／　ｍｍ’に対して、既提案法では２７゜８
　Ｋｇ／　＋ａｍ　”　、本発明法では２７．０であっ
た。

上述のように、本発明法によれば、「最大酸化物層の深
さ」において従来法、既提案法のいずれと比較しても低
減されており、「最表面層空孔率」、「脱炭深さ」、「
引張強度ｊ、ｒ１０７回疲労強度」はいずれも、従来法
より優れており、既提案法に匹敵する優れた特性を示し
た。

しかも、本発明法においては既提案法に比較して、圧粉
成形体の表面部における「剥離」、角隅部における「欠
け」の発生を防止することができた。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる焼結鍛造部
材の製造方法によれば、焼結鍛造部材の製造方法におい
て、圧粉成形体の表面部の圧密化を、予備焼結された圧
粉成形体の表面に固体皺粒子を衝突させて実施すること
によって、圧粉成形体の表面に対する固体微粒子の衝突
条件を容易に選定することができるばかりでなく、圧粉
成形体の表面における「剥離」、圧粉成形体の角隅部に
おける「欠け」等の欠陥を発生させることなく、焼結鍛
造された焼結鍛造部材の疲労強度、引張強度等の機械的
性質を優れたものとすることができ、従って、焼結鍛造
部材の適用範囲の拡大を図ることができる利点がある。

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２００〜８００℃の温度範囲にて予備
   焼結する工程と、 予備焼結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、加熱焼結され
   た焼結体を高温にて熱間鍛造することにより焼結鍛造部
   材とする工程とからなる焼結鍛造部材の製造方法であつ
   て、 前記予備焼結された圧粉成形体の表面に固体微粒子を衝
   突させることによつて、該圧粉成形体の表面部を圧密化
   する工程を加え、その後、前記加熱焼結する工程を実施
   することを特徴とする焼結鍛造部材の製造方法。 ２、圧粉成形により形成された圧粉成形体の密度を５．
   ０〜７．５ｇ／ｃｍ＾３とした、特許請求の範囲第１項
   記載の焼結鍛造部材の製造方法。 ３、圧密化する工程を、ショットブラスト処理、エアブ
   ラスト処理により実施することとした、特許請求の範囲
   第１項記載の焼結鍛造部材の製造方法。