JPS6151003B2 - - Google Patents
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- JPS6151003B2 JPS6151003B2 JP54036757A JP3675779A JPS6151003B2 JP S6151003 B2 JPS6151003 B2 JP S6151003B2 JP 54036757 A JP54036757 A JP 54036757A JP 3675779 A JP3675779 A JP 3675779A JP S6151003 B2 JPS6151003 B2 JP S6151003B2
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、寸法精度に優れ且つ「締付け」や
「かしめ」等に対して高い破壊強度を有する、高
耐力に優れた高強度焼結部品の製法に関するもの
である。
「かしめ」等に対して高い破壊強度を有する、高
耐力に優れた高強度焼結部品の製法に関するもの
である。
従来、高強度焼結鋼は合金元素の選択や合金化
の方法等によつて機械的強度の改善が試みられて
来た。例えば、単純にNi，Cu等を添加するので
はなく、Ni，Cu，Moを適正量組み合わせたり、
予め合金化した粉末を使用したりする方法であ
る。
の方法等によつて機械的強度の改善が試みられて
来た。例えば、単純にNi，Cu等を添加するので
はなく、Ni，Cu，Moを適正量組み合わせたり、
予め合金化した粉末を使用したりする方法であ
る。
しかしながら、合金元素によつて改善し得る強
度は主に鉄の固溶体強化によつて得られるもので
あり、焼結鋼の場合には抗張力の増加には結びつ
くが、逆に伸び等の延性を損う場合が多かつた。
度は主に鉄の固溶体強化によつて得られるもので
あり、焼結鋼の場合には抗張力の増加には結びつ
くが、逆に伸び等の延性を損う場合が多かつた。
従つて、見かけ上の強度は向上したかの如く考
えられても、実際使用時にかゝる負荷応力に対し
ては脆性を示すことが多かつた。即ち、材料の引
張り試験時の挙動で分類するならば、第１図のＡ
のタイプの硬くて脆い材料であることが多かつ
た。一方、合金元素のうちで炭素に注目し、炭素
量を僅少量（0.2％程度）に抑制すると、第１図
のＣのタイプの軟くて延性に富んだ材料になる
が、耐力や抗張力が低く、高い応力には耐えられ
ない。
えられても、実際使用時にかゝる負荷応力に対し
ては脆性を示すことが多かつた。即ち、材料の引
張り試験時の挙動で分類するならば、第１図のＡ
のタイプの硬くて脆い材料であることが多かつ
た。一方、合金元素のうちで炭素に注目し、炭素
量を僅少量（0.2％程度）に抑制すると、第１図
のＣのタイプの軟くて延性に富んだ材料になる
が、耐力や抗張力が低く、高い応力には耐えられ
ない。
一方、焼入れによつて鋼組織をマルテンサイト
にし、高強度化することも考えられるが、この場
合はやはりＡのタイプの材料になり、延性に乏し
く実用性に欠ける。
にし、高強度化することも考えられるが、この場
合はやはりＡのタイプの材料になり、延性に乏し
く実用性に欠ける。
結局、実用的に最も望ましい姿は第１図のＢタ
イプの材料であり、高い耐力と延性を有すること
が必要条件である。
イプの材料であり、高い耐力と延性を有すること
が必要条件である。
本発明は、このＢタイプの特性を次の要件によ
つて満たす方法を供せんとするものである。
つて満たす方法を供せんとするものである。
(1) 密度を93〜97％の高密度にすること
(2) 調質組織にすること
(3) 高温焼結すること
(4) 焼結、熱処理後再圧縮すること
(5) 主たる合金元素を混合粉として添加すること
これら５項目は、個々に見れば鋼の熱処理や粉
末冶金技術において公知の知見である。しかし
ながら、これら、公知の原理を選択し、組み合
わせ、且つ焼結部品の特徴である高寸法精度を
維持する具体的な実施方法によつて、本発明の
骨子が構成されている。
これら５項目は、個々に見れば鋼の熱処理や粉
末冶金技術において公知の知見である。しかし
ながら、これら、公知の原理を選択し、組み合
わせ、且つ焼結部品の特徴である高寸法精度を
維持する具体的な実施方法によつて、本発明の
骨子が構成されている。
焼結部品の強度は、含有する空孔の量と形状に
よつて支配されることはよく知られている。しか
しながら、通常の型押焼結で得られる密度（即ち
空孔量）は93％（７％）程度であ、これ以上の密
度を型押で得ようとしても実用上不可能であり、
また焼結によつて得ることは寸法精度を著しく損
う為実用的ではなかつた。
よつて支配されることはよく知られている。しか
しながら、通常の型押焼結で得られる密度（即ち
空孔量）は93％（７％）程度であ、これ以上の密
度を型押で得ようとしても実用上不可能であり、
また焼結によつて得ることは寸法精度を著しく損
う為実用的ではなかつた。
本発明では一旦焼結した成形体を再び加圧し、
再圧縮によつて所定の高密度を得ることを見出し
た。勿論、再圧縮−再焼結法自体は既に古典的な
手法として知られており、新規な方法ではない。
しかしながら、従来の再圧縮−再焼結法は、炭素
を鉄中に拡散させない低温で鉄スケルトンを焼結
させた後、再圧縮し、更に1200〜1300℃の高温で
焼結する訳であるから、焼結による寸法変化が大
きく、また２回焼結を必要とし、しかもそれぞれ
の焼結条件が全く異なる為焼結炉を２基必要と
し、甚だ経済性に乏しかつた。
再圧縮によつて所定の高密度を得ることを見出し
た。勿論、再圧縮−再焼結法自体は既に古典的な
手法として知られており、新規な方法ではない。
しかしながら、従来の再圧縮−再焼結法は、炭素
を鉄中に拡散させない低温で鉄スケルトンを焼結
させた後、再圧縮し、更に1200〜1300℃の高温で
焼結する訳であるから、焼結による寸法変化が大
きく、また２回焼結を必要とし、しかもそれぞれ
の焼結条件が全く異なる為焼結炉を２基必要と
し、甚だ経済性に乏しかつた。
本発明では、この従来法の欠点である寸法精度
の劣化と２回焼結を一挙に省略する方法を供する
ものである。
の劣化と２回焼結を一挙に省略する方法を供する
ものである。
即ち、型押時に90％以上の密度に成形し、高温
（1250〜1350℃）で焼結後焼入焼戻し、再圧縮に
量も適した材質の調質組織にし、金型内で加圧成
形し、寸法形状を矯正すると共に密度を93〜97％
に高める。型押密度を通常の85〜88％よりも高く
するのは、再圧縮時の塑性変形量を抑え、加圧力
を低減するためである。
（1250〜1350℃）で焼結後焼入焼戻し、再圧縮に
量も適した材質の調質組織にし、金型内で加圧成
形し、寸法形状を矯正すると共に密度を93〜97％
に高める。型押密度を通常の85〜88％よりも高く
するのは、再圧縮時の塑性変形量を抑え、加圧力
を低減するためである。
従来の再圧縮−再焼結法と異なり、既に炭素を
均一化させた鋼組織の焼結体を再圧縮する為、特
にこの塑性変形量の抑制と、次に述べる調質組織
化することが重要である。
均一化させた鋼組織の焼結体を再圧縮する為、特
にこの塑性変形量の抑制と、次に述べる調質組織
化することが重要である。
冷間での鋼の塑性変形を冷間で行う場合、パー
ライト組織の核となるFe3C等の炭化物組織を出
来る限り球状化することによつてミクロ的な応力
集中を緩和し、亀裂発生を抑制することが望まし
い。即ち、球状セメンタイト組織にすることによ
つて著しく靭性を高めることが出来る。
ライト組織の核となるFe3C等の炭化物組織を出
来る限り球状化することによつてミクロ的な応力
集中を緩和し、亀裂発生を抑制することが望まし
い。即ち、球状セメンタイト組織にすることによ
つて著しく靭性を高めることが出来る。
この様に、調質組織で出来る限り炭化物を球状
化することによつて、再圧縮性を向上させると共
に、再圧縮によつて得られた部品の強度と靭性を
著しく改善することが可能であることを見出し
た。
化することによつて、再圧縮性を向上させると共
に、再圧縮によつて得られた部品の強度と靭性を
著しく改善することが可能であることを見出し
た。
従来、焼結鋼で、このような組織を得る為には
焼結後改めて焼入し、焼戻さなければならなかつ
た。本発明においては、焼結後常温まで冷却する
ことなく、連続的に焼結炉内で液化窒素ガス流に
よつて焼入れ、工程を短縮することが可能である
ことを見出した。
焼結後改めて焼入し、焼戻さなければならなかつ
た。本発明においては、焼結後常温まで冷却する
ことなく、連続的に焼結炉内で液化窒素ガス流に
よつて焼入れ、工程を短縮することが可能である
ことを見出した。
従来、焼入油や水によつて焼入れされた部品が
汚染され、それらの除去の為に更に１工程が必要
であつたにも拘らず全く清浄で、且つ酸化の心配
のない焼入れが可能であり、著しく作業性が改善
された。
汚染され、それらの除去の為に更に１工程が必要
であつたにも拘らず全く清浄で、且つ酸化の心配
のない焼入れが可能であり、著しく作業性が改善
された。
この様に適切な材質組織と密度を選択し、それ
を得る経済的な方法によつて高精度で且つ高強度
な焼結部品が得られるが、更にこれらの特徴を活
かす、より望ましい材質組成と原料粉の選択、焼
結雰囲気について次に述べる。
を得る経済的な方法によつて高精度で且つ高強度
な焼結部品が得られるが、更にこれらの特徴を活
かす、より望ましい材質組成と原料粉の選択、焼
結雰囲気について次に述べる。
材質組成として最も望ましい姿は、焼結中に酸
化し難く且つ強化能に優れた合金元素を最少量選
ぶことによつて大別される。Fe―Ni―Cu―Mo―
Ｃは、そのうちの一つであるが、冷却速度が比較
的低速でも焼入れされ、しかも靭性が優れてい
る。
化し難く且つ強化能に優れた合金元素を最少量選
ぶことによつて大別される。Fe―Ni―Cu―Mo―
Ｃは、そのうちの一つであるが、冷却速度が比較
的低速でも焼入れされ、しかも靭性が優れてい
る。
更に、この組成を混合粉末体で作ることによつ
て、合金鋼粉末体よりも優れた靭性を得ることが
出来る。焼結雰囲気は、非酸化性雰囲気であるこ
が必要条件であるが、更に望ましくは焼結体の表
面炭素濃度と内部炭素濃度が均一で且つ、安定し
たものにする為、一定の炭素ポテンシヤルを有し
ている混合ガスがよい。この混合ガスはCO，
H2，CH4と平衡するCO2，H2Oを含み、残部が不
活性なN2ガスであるのが望ましい。
て、合金鋼粉末体よりも優れた靭性を得ることが
出来る。焼結雰囲気は、非酸化性雰囲気であるこ
が必要条件であるが、更に望ましくは焼結体の表
面炭素濃度と内部炭素濃度が均一で且つ、安定し
たものにする為、一定の炭素ポテンシヤルを有し
ている混合ガスがよい。この混合ガスはCO，
H2，CH4と平衡するCO2，H2Oを含み、残部が不
活性なN2ガスであるのが望ましい。
炭素ポテンシヤルとして必要な最少限度の炭素
原子を供給するには、COは0.1〜5vol％，H2は
0.1〜5vol％，CH4は０〜3vol％であることが必要
条件である。炭素原子を含有したガスを以上増す
とかえつて煤の発生や、炭素ポテンシヤルの不安
定化を招き望ましくない。
原子を供給するには、COは0.1〜5vol％，H2は
0.1〜5vol％，CH4は０〜3vol％であることが必要
条件である。炭素原子を含有したガスを以上増す
とかえつて煤の発生や、炭素ポテンシヤルの不安
定化を招き望ましくない。
特に1250〜1350℃での炭素ポテンシヤルを0.2
〜0.8％Ｃに設定すると、炉の低温部ではガス平
衡から遊離炭素即ち煤を発生し易くなるので、上
記の必要最少限度に炭素含有ガスを減少させるこ
とが必要である。
〜0.8％Ｃに設定すると、炉の低温部ではガス平
衡から遊離炭素即ち煤を発生し易くなるので、上
記の必要最少限度に炭素含有ガスを減少させるこ
とが必要である。
実施例：
第２図の如き締付け部品を下記の条件で試作し
た。
た。
アトマイズ鉄粉，カーボニルニツケル粉，モリ
ブデン粉末，銅粉及び炭素粉末を最終組成がFe
―4Ni―1.75Cu―0.5Mo―0.4Cとなるように混合
した後、金型を用いてその型押密度が7.15ｇ／cm3
となるように加圧した成型体を、焼結温度1270℃
で20分間、H2：0.5％，CO：0.02％，残部がN2，
H2O，CO2で構成される雰囲気で焼結したのち、
液化N2ガスを用いて毎分300℃で急速冷却焼入を
施した。この焼結体はN2雰囲気下580℃で焼戻し
処理を施した後、この密度が7.45ｇ／cm3となるよ
う再圧縮を施し、第２図に示すような締付部品を
得た。得られた部品は所定位置にネジ切り加工を
施された後、トルクドライバーにより締付け強度
テストを行つた。
ブデン粉末，銅粉及び炭素粉末を最終組成がFe
―4Ni―1.75Cu―0.5Mo―0.4Cとなるように混合
した後、金型を用いてその型押密度が7.15ｇ／cm3
となるように加圧した成型体を、焼結温度1270℃
で20分間、H2：0.5％，CO：0.02％，残部がN2，
H2O，CO2で構成される雰囲気で焼結したのち、
液化N2ガスを用いて毎分300℃で急速冷却焼入を
施した。この焼結体はN2雰囲気下580℃で焼戻し
処理を施した後、この密度が7.45ｇ／cm3となるよ
う再圧縮を施し、第２図に示すような締付部品を
得た。得られた部品は所定位置にネジ切り加工を
施された後、トルクドライバーにより締付け強度
テストを行つた。
その結果、本発明の方法による部品は１Kg―ｍ
の締付けトルクに繰返し５回以上に耐えクラツク
を発生しなかつた。
の締付けトルクに繰返し５回以上に耐えクラツク
を発生しなかつた。
一方、従来法の再圧縮，再焼結品の場合、再焼
結後、焼入れ後いずれの場合も、ほヾ同程度の密
度を得たにも拘らず締付け力約0.3Kg―ｍにおい
てクラツクを発生し、破壊した。又、寸法精度を
外径歯部について比較したところ、歯形誤差が従
来品が15μｍであつたが、本発明の方法では５μ
ｍであり、本発明による方法の効果が明らかであ
る。
結後、焼入れ後いずれの場合も、ほヾ同程度の密
度を得たにも拘らず締付け力約0.3Kg―ｍにおい
てクラツクを発生し、破壊した。又、寸法精度を
外径歯部について比較したところ、歯形誤差が従
来品が15μｍであつたが、本発明の方法では５μ
ｍであり、本発明による方法の効果が明らかであ
る。
圧粉体密度を90〜95％に限定した理由は、90％
末満であると、再圧縮時に塑性変形量が多くな
り、再圧縮時の密度を93〜97％にすることは不可
能であるため、また95％を越えると著しい加圧力
が必要となり、経済的に不利である。
末満であると、再圧縮時に塑性変形量が多くな
り、再圧縮時の密度を93〜97％にすることは不可
能であるため、また95％を越えると著しい加圧力
が必要となり、経済的に不利である。
焼結温度を1250℃〜1350℃に限定した理由は、
1250℃より低いと混合粉中の合金元素がマトリツ
クス中に均一に固溶しない。また1350℃を越える
と焼結時の収縮が著しく大きくなり、次工程の金
型中での再圧縮が因難となる。
1250℃より低いと混合粉中の合金元素がマトリツ
クス中に均一に固溶しない。また1350℃を越える
と焼結時の収縮が著しく大きくなり、次工程の金
型中での再圧縮が因難となる。
焼戻し温度を550℃〜750℃とした理由は、550
℃未満では焼結体の硬さが高く、次工程の再圧縮
が著しく因難となる。また750℃を越えると炭化
物が成長し、良好が靭性が得られないためであ
る。
℃未満では焼結体の硬さが高く、次工程の再圧縮
が著しく因難となる。また750℃を越えると炭化
物が成長し、良好が靭性が得られないためであ
る。
再圧縮体の密度を93％〜97％とした理由は、93
％未満であると所定の靭性が得られず、製品の締
付けにおいて亀裂を生じ、また97％を越えると加
圧力が著しく大きくなり経済上不利になる。
％未満であると所定の靭性が得られず、製品の締
付けにおいて亀裂を生じ、また97％を越えると加
圧力が著しく大きくなり経済上不利になる。
第１図は材料の引張り試験時の挙動のタイプ分
類説明図、第２図は本発明の製法によつて得られ
た締付け部品の平面図でイはボルトで締付け前，
ロは締付け後である。Ａは硬くて脆い材料，Ｂは
高い耐力と延性を有する材料，Ｃは軟かくて延性
に富んだ材料のものゝそれぞれ歪と応力関係の挙
動図である。 １……締付け部品、２……締付けボルト。
類説明図、第２図は本発明の製法によつて得られ
た締付け部品の平面図でイはボルトで締付け前，
ロは締付け後である。Ａは硬くて脆い材料，Ｂは
高い耐力と延性を有する材料，Ｃは軟かくて延性
に富んだ材料のものゝそれぞれ歪と応力関係の挙
動図である。 １……締付け部品、２……締付けボルト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アトマイズ鉄粉、カーボニルニツケル粉、モ
リブテン粉、銅粉及び炭素粉末からなる鉄系粉末
混合体を (a) 90〜95％の密度にすること (b) 1250〜1350℃で焼結すること (c) 焼結後焼入れを行うこと (d) 焼戻しを非酸化雰囲気中で550〜750℃で行う
こと (e) 焼戻し後に金型中で加圧成形し、寸法形状を
矯正すると共に密度を93〜97％にすること の５項目によつて構成される方法で製造すること
を特徴とする高強度焼結部品の製法。 ２ 焼結雰囲気が、CO0.1〜５体積％、H20.1〜
５体積％、CH40〜３体積％、残部N2及びこれら
ガスと平衡するCO2，H2Oによつて構成され、焼
結後の冷却を液化窒素ガス流によつて100℃／分
以上の冷却速度で常温まで焼入れすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の高強度焼結部
品の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3675779A JPS55128504A (en) | 1979-03-28 | 1979-03-28 | Manufacture of high strength sintered parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3675779A JPS55128504A (en) | 1979-03-28 | 1979-03-28 | Manufacture of high strength sintered parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55128504A JPS55128504A (en) | 1980-10-04 |
| JPS6151003B2 true JPS6151003B2 (ja) | 1986-11-07 |
Family
ID=12478609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3675779A Granted JPS55128504A (en) | 1979-03-28 | 1979-03-28 | Manufacture of high strength sintered parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55128504A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH075930B2 (ja) * | 1986-07-11 | 1995-01-25 | 住友電気工業株式会社 | 高精度焼結部品の製造方法 |
| DE4001899C1 (ja) * | 1990-01-19 | 1991-07-25 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
| SE9602376D0 (sv) * | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Hoeganaes Ab | Compact body |
| JP6014954B2 (ja) * | 2012-06-04 | 2016-10-26 | 住友電工焼結合金株式会社 | 焼結部品の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53120611A (en) * | 1977-03-30 | 1978-10-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sintering furnace for powder metallurgy |
-
1979
- 1979-03-28 JP JP3675779A patent/JPS55128504A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53120611A (en) * | 1977-03-30 | 1978-10-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sintering furnace for powder metallurgy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55128504A (en) | 1980-10-04 |
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