JPS6148564B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末冶金法によつて製造される焼結部
品のうち、特に高密度の焼結部品の製造方法に係
る。

粉末冶金法によつて製造される焼結金属は、溶
製した合金とは異なり、例えば所謂凝固偏析がな
いため均一な組織とすることができ、通例の溶製
法では得られないような金属組織を持つた金属材
料を製造することができるが、通例の圧縮、成
形、焼結方法によつて得られる焼結体は組織中に
気孔が残ることを避けることができず、気孔率が
大約10〜20％となる。この気孔の存在は保油性に
寄与して耐摩耗性を改善する利点を有するが、他
方次のような不利に作用する要因ともなる。即
ち、気孔の存在は、機械的強度を損なう、ピツチ
ング摩耗を起し易くする、侵炭、窒化等の表面処
理が深部に迄及んで材料を脆化させる、めつきを
困難にする、酸化や腐蝕を受け易くする、他の金
属による鋳包みを困難にする、ろう付けを困難に
する等である。

気孔率を下げれば、即ち密度を高めれば上記の
ような問題点は解消される。気孔率を下げるため
には粉末を成形する際の成形圧を高めれば良い
が、例えば高合金粉末では成形性の悪いものが多
く、或は成形機能力を大きくすることにも工業的
に限度があるため所望の低気孔率迄圧縮すること
は難かしい。また、例えばＢ、Sn、Ｐ等を添加
して焼結に際して液粗を生ぜしめる所謂液相焼結
は焼結時が大きく寸法精度や歪の点で離点があ
り、更に、Ｂ、Sn、Ｐは何れも材料を脆化させ
る作用を有する。また、焼結体を再圧縮して気孔
率を低減する方法が考えられるが、耐摩耗性を要
求される焼結金属にあつては、炭素含有量が高
く、合金元素を多量に含み、その上硬質の合金粒
子が分散した組織を呈する場合が多く、気孔率の
低下に必要な塑性変形性が小さいので、通常の鍜
造の如くに一軸方向の力で再圧縮して塑性変形さ
せるためには例えば10〜20t/cm²程度の大きな加圧
力を必要とし、焼結体の気孔率を低め、密度を高
める前にパンチが破損するような技術上の困難が
伴なつてくる。この再圧縮を900〜1100℃の熱間
で行う所謂焼結鍜造は、冷間では不可能な低塑性
変形能の材料でも高密度化が可能であるが、加熱
装置、雰囲気調整装置、プレス等の設備費が嵩
み、金型が高価となる上に寿命が短かく、寸法精
度が劣る。

本発明は塑性変形し難い焼結体を鍜圧して気孔
率を低減し、密度を向上させる高密度焼結体の製
造方法を提供することを目的とし、 金属粉末を圧縮、成形して、対応する面が中心
から略々等距離に位置するように複数個が連結
し、かつ、切断代と圧縮代を付した環状圧粉体と
する圧粉体成形工程 前記環状圧粉体を焼結して環状焼結体プリフオ
ームとする焼結工程 外側面をダイ、内側面をコア及び底面を下パン
チによつて形成される環状ダイ溝に前記環状焼結
体プリフオームを挿入し、円錐先端部に頂角が鈍
角の直円錐状の加圧面を有する上パンチをその中
心軸を環状ダイ溝上面に傾斜させて回転させ、円
錐状加圧面をダイ及びコアの上面に沿つて転がし
ながら下パンチを上パンチに対して相対的に上昇
させ、環状ダイ溝中の環状焼結体プリフオームを
上パンチ円錐状加圧面に押し付けて上パンチのこ
ろがり円錐面によつて局部的に順次圧縮力を加え
て前記環状焼結体プリフオームの密度を上昇させ
る回転鍜造工程 密度を上昇させた環状焼結体を再焼結する再焼
結工程 前記切断代の部分を切断して焼結部品とする切
断工程 上記の工程を有することを特徴とする高密度焼
結部品の製造方法に係る。

次に添付図面によつて本発明の方法を説明す
る。

第１図は製造しようとする高密度焼結部品の一
例１を示す斜視図であつて、一方の側面２が円弧
面となつている。

先ず、材料に要求される特性に応じて適宜配合
された金属粉末を圧縮、成形して第２図に平面図
で示すように、前記円弧面が略々同一円周上に位
置するように連結し、かつ、切断代４と後の回転
鍜造に於ける圧縮代を付した環状圧粉体３を得
る。

次にこれを焼結して環状焼結体プリフオームと
する。成形、焼結の方法は金属粉末の配合に応じ
て通例の粉末冶金の方法によれば良い。

次に環状焼結体プリフオームに回転鍜造を施し
て密度を上昇させるのであるが、材料の塑性変形
能が特に低い場合は回転鍜造に先立つて塑性変形
能を改善するための熱処理、例えば球状化焼鈍を
施すことが望ましい。

回転鍜造は次のようにして行う。第３図に装置
を要部断面図で示すように、円筒状のダイ５がダ
イホルダ６に固定され、ダイホルダ６とダイベー
ス７との間には複雑個の弾性体８（スプリング或
いはウレタン樹脂等）が嵌装されていて、ダイホ
ルダ６をダイベース７に対して弾発的に支持して
いる。ダイホルダ６には下向きに複数本の案内棒
９が固設され、ダイベース７に嵌装されたスリー
ブ９ａ中を上下してダイホルダ６及びダイ５が水
平にかつスムースに上下するように案内する。ダ
イベース７を下方から上方へつき抜けてダイホル
ダ６にねじこまれた止めねじ１１はねじ頭とダイ
ホルダ６との間にスペーサカラー１２を挾んでお
り、スペーサカラーの高さを調節することにより
ダイホルダ６とダイベース７との間隔を規制する
と共に、ダイベース７上におかれたストツパ１０
とダイ５の下面との間隔を調節し、これによつて
後述する環状ダイ溝１７の深さを調節することが
できる。ダイベース７は押えカラー１３によつて
台板１４に固定され、台板１４は図示しない第一
の流体圧シリンダのピストンに連結されて上下す
るようにしてある。台板１４の中央孔内には後述
する第二の流体圧シリンダピストン２１が内装さ
れており、ピストン２１の頭部フランジ２１ａが
台板１４の中央孔の肩部１４ａに乗つていて、台
板１４の上下移動と共に上下できるようにしてあ
る。

ダイ５の内側には円筒状の下パンチ１５がダイ
５の内面５ａに接して上下移動するように設けら
れており、円筒状下パンチ１５の中央にはコア１
８が嵌装され、その側面１８ａとダイ５の内側面
５ａ、下パンチの上面１５ａとによつて環状ダイ
溝１７を形成している。コア１８の下端は弾性体
２０（スプリング、またはウレタン樹脂等）を介
して下パンチ１５の内孔の底面１６に支承され、
該弾性体２０によつて弾発的に上方へ押上げら
れ、後述する上パンチによる加圧中は上パンチの
円錐状加圧面に圧接してダイ５の上面と同じ高さ
になるようにしてある。下パンチ１５は図示しな
い第二の流体圧シリンダのピストン２１に複数個
の止めねじ２２によつて連結されており、ピスト
ン２１従つて下パンチ１５は前記のように台板１
４と共に上昇するほかに、台板１４とは別個にそ
の中心孔内を上下することもできるようになつて
いる。コア１８の中央部に横に固定されたコア止
め棒２３は外周の下パンチをつき抜けてその両端
がダイベース７の内側フランジ７ａに弾発的に当
接し、コア１８が抜け出すことのないようにして
あり、また下パンチ１５の上昇位置を規制するス
トツパの役目もするようにしてある。

環状焼結体プリフオームＲと環状ダイ溝１７と
のクリアランスについて言えば、環状焼結体プリ
フオームＲ外周とダイ５の内側面との間では大よ
そ0.05〜1.0mmとするのがよく、これが小さ過ぎ
ると環状焼結体プリフオームを挿入しにくく、ま
た大き過ぎると鍜圧時に環状焼結体プリフオーム
の外周が割れを生じ易い。環状焼結体プリフオー
ムＲの内周とコア１８との間のクリアランスは最
終製品形状に仕上げ代をみこんで決定されている
コア寸法に対して環状焼結体プリフオームの変形
能力の限度内で大きくとつて、環状焼結体プリフ
オームをできるだけ流動変形させるようにすると
気孔率低減、密度上昇に効果的である。

環状ダイ溝１７内に環状焼結体プリフオームＲ
をセツトしたとき環状焼結体プリフオームＲの上
面はダイ５の上面より下になるようにダイベース
７７とダイホルダ６との間隔を止めねじ１１とス
ペーサカラー１２によつて調節しておくことが重
要である。

円柱状の上パンチ２４はその端部に頂角θの円
錐形の加圧面２５を有し、図示しない球座軸受に
支承されており、図示しない駆動装置によつて中
心軸OBが環状ダイ溝１７の中心軸OAに対してα
＝（180−θ）×１／２の角度だけ傾斜し、コアの中心
を 支点として軸OAのまわりにこまが回転するよう
に首振り回転させると、加圧面２５はダイ及びコ
ア１８の上面に沿つて平らにころがるようになつ
ている。頂角θは鈍角とし、実験結果によれば
170〜176゜とすることが好ましく、これより角度
が大きいと上パンチ加圧面が平面に近づいて鍜圧
効果が小さくなり、またはこれにより角度が小さ
くなると焼結体表面にのみ加圧効果がきいて表面
層が剥離し易くなるので好ましくない。

このような構造になつているので環状ダイ溝１
７の中に、予め用意した環状焼結体プリフオーム
を挿入し、台板１４を上昇させてダイ５とコア１
８の上面を弾発的に上パンチ２４の加圧面に当接
させ、上パンチを前記のように首振り回転させな
がら、台板１４を油圧シリンダによつて少しづつ
上昇させれば下パンチ１５はその基部がピストン
２１の頭部フランジ２１ａを介して台板１４に係
合されているので共に上昇し、焼結体を押上げて
上パンチ２４の円錐状加圧面２５に押付ける。

環状焼結体プリフオームは下から下パンチ１５
によつて押上げられ、上パンチ２４の加圧面２５
によつて加圧されながら次第に圧縮されて高さを
減じ、ダイベース７上に置かれ環状焼結体の所要
最終高さに合せた高さのストツパ１０がダイホル
ダ６及びダイ５の下面に当接すると台板１４及び
下パンチ１５の上昇は停止する。このときの状態
が第４図に示してある。

暫時この状態で停止させたのち台板用の第一の
流体圧シリンダを逆に作動させて降下させると共
に、第二の流体圧シリンダを作動させ下パンチ１
５を上昇させると下パンチ１５はコア止めピン２
３によつて規制されてダイ上面より僅か上まで上
昇して環状ダイ溝１７内の環状焼結体Ｒを溝１７
から押出すので、図示しないレバーによつて環状
焼結体を金型外に取出して鍜圧を終了する。な
お、環状ダイ溝と環状焼結体との間の潤滑方法と
してはステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を塗布するの
が良い。

次に回転鍜造を終了した環状焼結体に再焼結を
施す。このようにして鍜圧された焼結体は塑性変
形して硬化し、或いは残存する気孔を起点として
小さなクラツクが焼結体内に発生しているので、
これを改善するため再結晶再焼結させる必要があ
り、このための焼結温度は1000〜1150℃が好まし
い。

次に前記切断代の部分（第２図に示した４に対
応する部分）を切断し、焼結部品とする。

必要に応じて焼入焼戻等の熱処理、侵炭、窒化
等の表面硬化処理、めつき等の処理を施す。

以上は本発明の方法による円弧面を有する高密
度焼結部の製造の手順であるが、円弧面を有しな
い部品の製造に当つては、例えば平面を有する場
合には、対応する平面が中心から略々等距離に位
置するような切断代と圧縮代を付した環状圧粉体
の成形から始めれば良い。つまり、対応する平面
によつて略々正多角形となるような環状圧粉体を
成形し、以後は上記と同様の手順によれば良い。

円弧面、平面共に有しない場合も上記の方法に
準じて行えば良い。

なお、回転鍜造工程に於いて、下パンチを上昇
させる代りに、上パンチを下降させて環状焼結体
プリフオームを高密度化させることもできる。

以下、実施例に就いて説明する。

実施例 １ 0.016％Ｃ、0.18％Mn、3.20％Cr、0.35％Mo、
残部が実質的にFeからなる−100メツシユの合金
粉を94.4％、−100メツシユの70％Moを含有する
低炭素フエロモリブデン粉を15％、黒鉛粉を0.6
％配合し、これに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
0.75％を添加して混合し、原料粉とした。

ロツカアームに使用される第１図に示す円弧面
２を有する摺動部材パツト１を、円弧面が同一円
周面上に位置するように12個連結し、後工程での
切断代と圧縮代を見込んだ寸法の金型中で前記原
料粉を圧縮し、成形して、第２図に示す形状の環
状圧粉体３を得た。４は切断代部分である。

次に前記環状圧粉体を水素ガス中で650℃に60
分間加熱して潤滑剤を除去し、次いで真空中で
1100℃に20分間加熱し、300℃迄冷却し、10℃／
分の加熱速度で850℃に加熱、60分間保持してか
ら2.5℃／分の冷却速度で750℃迄冷却、60分間保
持後８℃／分の冷却速度で室温迄冷却して密度
6.7ｇ/c.c.の環状焼結体プリフオームとした。

次に第３図に示すように、前記環状焼結体プリ
フオームＲを回転鍜造用金型の環状ダイ溝１７中
に挿入し、第３図及び第４図に示す前述の方法に
よつて加圧した。環状焼結体プリフオームＲとダ
イ５とのクリアランスは約0.1mm、コア１８との
クリアランスは約0.3mmとし、上パンチ２４の回
転数は160rpm、θは176゜、αは２゜、台板１４
の上昇速度は0.2mm／分にとり、加圧後所定高さ
のストツパ１０に押し当て、１秒間保持後台板１
４を下降させた。なお、潤滑はステアリン酸亜鉛
を金型に塗布して行つた。

次にこの環状焼結体を真空中で1120℃に50分間
加熱の再焼結を行い、第２図に示した切断代４の
部分を切断して第１図に示したパツト１とした。
このパツトの密度は7.65ｇ/c.c.であつた。

かくして得られたパツト１を第５図に示すよう
に円弧面２が摺動面となるように特殊鋼製基体３
０に通例の方法によつて銀ろう付けし、ロツカア
ームとした。ろう付けに際しては何等の支障も生
じなかつた。

このようにして製作されたロツカアームをチル
鋳鉄製カムシヤフトと組合せて排気量1800c.c.のエ
ンジンに組付け、Pb量3.0ｇ/galの有鉛ガソリン
を燃料とし、水温90±５℃、油温110±５℃、回
転数6000rpm、全負荷で400時間のベンチテスト
に供したところ、パツト摺動面にピツチングやス
カツフの発生は認められず、パツト摺動面の摩耗
量は10μ以下、相手カムシヤフトのチルカム部の
摩耗量も５〜10μの範囲内であり、優れた耐久性
を示した。

実施例 ２ 0.01％Ｃ、２％Ni、0.5％MC、残部が実質的に
Feからなる−100メツシユの合金粉を99.6％、黒
鉛粉を0.4％配合し、これに潤滑剤としてステア
リン酸亜鉛0.75％を添加して混合し、原料粉とし
た。

この原料粉を圧縮、形成して第６図に示す自動
車用手動変速機の部品であるスラストブロツク３
１を製作するべく、第７図に示すような６個連結
した環状圧粉体とした。図中３２は環状圧粉体、
３３は切断代の部分である。

この環状焼結体を連続焼結炉を使用して、アン
モニア分解ガス雰囲気中で1150℃に30分間加熱し
て焼結し、300℃迄冷却後再び昇温して730℃に60
分間加熱し、密度6.5ｇ/c.c.の環状焼結体プリフオ
ームとした。

この環状焼結体プリフオームを前記実施例１に
於けると同様の方法で回転鍜造を施し、次いでこ
れを1150℃に30分間加熱の再焼結を施してから第
７図に示した切断代３３の部分を切断し、第６図
に示した密度7.65ｇ/c.c.スラストブロツクとし
た。

従来この部品は焼結体をAr等の保護雰囲気中
で高周波加熱によつて900℃に10秒間加熱し、熱
間鍜造用金型中で一軸方向の加圧によつて密閉鍜
造する焼結鍜造によつて製造されており、設備と
金型に大きな費用を要した。

以上説明したように本発明の方法によるとき
は、単独では回転鍜造の困難な形状の焼結体を環
状に連結し、切断代を付した環状焼結体プリフオ
ームとすることによつて、回転鍜造を容易にし、
而も１回の鍜造工程で複数個の高密度焼結部品を
製造することができる。その上、塑性変形態の低
い硬質相を有する組織の高合金の焼結体でも高密
度化が容易であり、而も多額の設備費を要するこ
とがなく、工業上の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で製造される高密度焼結
部品の一例であるロツカアーム用パツトの斜視
図、第２図は第１図に示すパツトの中間素材であ
る環状圧粉体の平面図である。第３図は本発明の
実施に好適な回転鍜造機の一例を示す要部断面
図、第４図は同じく鍜造末期の状態を示す断面図
である。第５図は第１図に示したパツトを付した
ロツカ、第６図は本発明の方法で製造される高密
度焼結部品の他の例であるスラストブロツクの斜
視図、第７図は第６図に示すスラストブロツクの
中間素材である環状圧粉体の平面図である。 １はパツト、３１はスラストブロツク、３及び
３２は環状圧粉体、４及び３３は切断代、５はダ
イ、７はダイベース、８及び２０は弾性体、９は
案内棒、１０はストツパ、１１は止めねじ、１２
はスペーサカラー、１４は台板、１５は下パン
チ、１７は環状ダイ溝、１８はコア、２１はピス
トン、２３はコア止めピン、２４は上パンチ、２
５は円錐面（加圧面）、OAは環状ダイ溝（又は
コア）の中心軸、OBは上パンチ中心軸、Ｒは環
状焼結体プリフオームである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属粉末を圧縮、成形して、対応する面が中
   心から略々等距離に位置するように複数個が連結
   し、かつ、切断代と圧縮代を付した環状圧粉体と
   する圧粉体成形工程 前記環状圧粉体を焼結して環状焼結体プリフオ
   ームとする焼結工程 外側面をダイ、内側面をコア及び底面を下パン
   チによつて形成される環状ダイ溝に前記環状焼結
   体プリフオームを挿入し、円錐先端部に頂角が鈍
   角の直円錐状の加圧面を有する上パンチをその中
   止軸を環状ダイ溝上面に傾斜させて回転させ、円
   錐状加圧面をダイ及びコアの上面に沿つて転がし
   ながら下パンチを上パンチに対して相対的に上昇
   させ、環状ダイ溝中の環状焼結体プリフオームを
   上パンチ円錐状加圧面に押し付けて上パンチのこ
   ろがり円錐面によつて局部的に順次圧縮力を加え
   て前記環状焼結体プリフオームの密度を上昇させ
   る回転鍜造工程 密度を上昇させた環状焼結体を再焼結する再焼
   結工程 前記切断代の部分を切断して焼結部品とする切
   断工程 上記の工程を有することを特徴とする高密度焼
   結部品の製造方法。 ２ 圧粉体成形工程が、金属粉末を圧縮、成形し
   て、対応する円弧面が略々同一円周上に位置する
   ように複数個が連結し、かつ、切断代と圧縮代を
   付した環状圧粉体とする圧粉体成形工程である特
   許請求の範囲第１項記載の少なくとも一つの円弧
   面を有する高密度焼結部品の製造方法。