JPS6156205A - 高強度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、高強度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、熱間鍛造された前
記焼結鍛造部材を、密閉された弾性材料製容器内に微細
硬質粒子により囲繞されるように装入・配置した後、前
記密閉された弾性材料製容器を圧力容器内に装入して、
液圧により前記密閉された弾性材料製容器ごと焼結鍛造
部材の表面部を加圧処理することによって、焼結鍛造部
材の強度を著しく改善することのできる高強度焼結鍛造
部材の製造方法にかかる。

〔従来の技術〕

焼結部材は、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とするも
ので、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
部品等に広く適用されている。

しかし、焼結部材は本来その内部における空孔の存在が
避けられ２（いことから、高強度部品への適用は困難と
されていた。

最近、粉末冶金用金属粉末原料を焼結処理後に熱間鍛造
することにより、焼結体に内在する空孔を圧潰して焼結
部材の強度を向−１ニし、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するものとして、焼結鍛
造法が広く適用されている。

とりわけ、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、そ
の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、
焼結体の表面部が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た焼結体
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、表面部に残留空孔を残存しやすく、従
って、従来の焼結鍛造法により製造された焼結鍛造部材
は、優れた引張強度。

疲労強度等の機械的性質を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、引張強度、疲労強度等
の機械的性質の低下をもたらす焼結鍛造部材の表面空孔
を圧潰させる手段として、焼結鍛造部材の表面部にショ
ツトブラスト処理を実施する方法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
る欠陥を少なくした後、熱間鍛造することにより焼結鍛
造部材の表面部における空孔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１１１昭５１−０１７
５７７号、昭和５９年２月１日出廓）。

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、大きなショットプラス１−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
するのが現状であった。

また、」二記既提案の焼結鍛造部材の製造方法（特廓昭
５９−０１．７５７７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−で、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にお（Ｊる「剥離」を
発生したり、角隅部におＬＪる「欠＋ｔ　Ｊを発生し易
く、ショツトブラスト処理条件（ショット粒子の速度２
粒径、材質等）の）巽定や圧粉成形体の密度、形状設計
のため６乙多大２（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、従来の焼結鍛造部材の製造方法に
おいては、焼結体の表面部が熱間鍛造時において鍛造型
に直接接触して、加熱焼結により高温加熱された焼結体
の表面部が鍛造型によって冷却され、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、焼結鍛造部材の表面部に残留空孔を
残存し易くなることから、従来の焼結鍛造法により製造
された焼結鍛造部材は、優れた引張強度。

疲労強度等の機械的性質を確保することができないこと
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
部材の製造において、熱間鍛造された前記焼結鍛造部材
を、密閉された弾性材料製容器内に微細硬質粒子により
囲繞されるように装入・配置した後、前記密閉された弾
性材料製容器を圧力容器内に装入して、液圧により前記
密閉された弾性材料製容器ごと加圧処理することによっ
て、焼結鍛造された焼結鍛造部材の表面部の圧密化をは
かるとともに、焼結鍛造部材の表面部に高い圧縮残留応
力を付与することによって、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して焼結鍛造
部材とする工程と、 焼結鍛造された焼結鍛造部材の表面部を圧密化する工程
とからなる高強度焼結鍛造部材の製造方法であって、 前記焼結鍛造部材の表面部を圧密化する工程において、
熱間鍛造された前記焼結鍛造部材を、密閉された１１１
ｉ１竹材＊゛１製容器内に微細硬質粒子により囲繞され
るように装入・配置した後、前記密閉された弾性材料製
容器を圧力容器内に装入して、液圧により前記密閉され
た弾性材料製容器ごと焼結鍛造部材の表面部を加圧処理
することを特徴とする、高強度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適用
することができる。

特に、鉄系の粉末冶金用金属粉床屋Ｉｉ１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ＰＪ１末冶金用金属粉末ハ：ｔ　ｙ’ｔとしＣ
多く使用されている。

そして、銅粉の配合割合は重量％（以下、市け％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粉末を
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剛性。

強度等を向−ヒさせる効果を有している。

また、本発明において、圧粉成形体を形成する工程は、
潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末を０゜５〜１．０％
添加後混粉された粉末冶金用金属粉末原料を圧粉成形し
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。

次に、加熱焼結する工程は、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車１同士を焼結
反応を進行させて一体化する工程である。

なお、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望ましい。

また、焼結温度は１１５０℃程度、焼結時間は２０分程
度がよい。

また、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、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。

この工程は、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／ｃｍ２程
度の加圧力とするのが通常である。

次に、焼結鍛造部材の表面部を圧密化する工程は、熱間
鍛造工程にて熱間鍛造成形された焼結鍛造部材を、密閉
された弾性材料製容器内に微細硬質粒子に、１：り囲繞
されるように装入・配置した後、この密閉された弾性材
料製容器を圧力容器内に装入して、液圧によりこの密閉
された弾性材料製容器ごと加圧することによって、微細
硬質粒子を介して前記焼結鍛造部材の表面部を加圧処理
する工程である。

ここで、加圧処理は密閉された弾性材料製容器内に焼結
鍛造部材を微細硬質粒子により囲繞されるように装入・
配置した後、この密閉された弾性材料製容器を圧力容器
内に装入して、液圧によりこの密閉された弾性材料製容
器ごと加圧することとしているのは、圧力容器内に供給
された液体による液圧による静水圧を、微細硬質粒子を
介して焼結鍛造部材の表面部に擬似静水圧的に作用させ
、３次元的に焼結鍛造部材の表面部を加圧処理すること
ができるのである。

なお、上述のように、擬似静水圧的に焼結鍛造部材の表
面部を加圧処理するためには、密閉された弾性材料製容
器内に焼結鍛造部材を囲繞するように装入・配置された
微細硬質粒子は、出来るだけ流動性に１憂れた材質、形
状とすることが望ましい。

このように本発明法による焼結鍛造部材の表面部の加圧
処理方法によれば、焼結鍛造部材の表面部の空孔を確実
に圧潰することができるばかりでなく、焼結鍛造部材の
表面部に圧縮残留応力を付与することができることから
、焼結鍛造部材の引張強度、疲労強度等の機械的性質を
著しく向上することができるのである。

〔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。

（実施例１） まず、０．５％（、−２％Ｃｕ　−０，２％Ｍｎ−Ｂａ
１Ｆｅからなる組成を有する粉末冶金用金属粉末原料を
用いて、通常の圧粉成形工程、加熱焼結工程。

熱間鍛造工程を経て、焼結鍛造コネクティングロッド１
を製造した。

なお、圧粉成形工程における圧粉成形圧力は、５　ｔｏ
ｎ　／　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。

その後、圧粉成形体を吸熱型ガス雰囲気中にて１１５０
℃×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／ｃ
ｍ’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、加熱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。

ついで、この焼結鍛造コネクティングロッド１を、第１
図に示すように、密閉された弾性材料（ゴム）製容器３
内に微細硬質粒子２により囲繞されるように装入・配置
した。

その後、この密閉された弾性材料（ゴム）製容器３を、
図示されない供給口から供給される油４により加圧可能
とされた圧力容器５内に装入し、油圧によりこの密閉さ
れた弾性材料（ゴム）製容器３ごと静水圧加圧すること
によって、微細硬質粒子２を介して前記焼結鍛造コネク
ティングロッド１の表面部をを加圧処理した。

なお、第１図において、５は図示されない油供給口から
油４を供給して容器内を高圧とする圧力容器、４は上述
により密閉された弾性材料（ゴム）製容器３ごと静水圧
的に加圧する油である。

また、比較のための従来品として、上述した実施例の製
造方法で、加圧処理による焼結鍛造コネクティングロン
ド１０表面部の圧密化工程を除き、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、上述により加圧処理された焼結鍛造コネクティ
ングロ・ノド１の「最表面層空孔率」、「、１０２回疲
労強度」を測定した。

その測定結果を第２図に示す。

第２図から明らかなように、本発明法による加圧処理を
実施した本発明品の焼結鍛造コネクティングロッド１は
、従来の加圧処理しない従来品の焼結鍛造コネクティン
グロッドに比較して、「最表面層空孔率」は１／４以下
番こ低減されており、また、ｒｉｏ７回疲労強度」は約
１．５倍に向上していることが理解される。

（実施例２） まず、０．５％Ｃ−２％Ｎｉ　−０，５％Ｍｏ　−Ｂａ
ｌＦｅ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、熱間鍛造工程を経て、焼結鍛造歯車６を製造し
た。

なお、圧粉成形工程、加熱焼結工程、熱間鍛造工程は、
いずれも実施例１と同様な条件にて実施した。

ついで、この焼結鍛造歯車６を第３図に示すように、密
閉された弾性材料（ゴム）製容器３内に微細硬質粒子２
により囲繞されるように装入・配置した。

その後、この密閉された弾性材料（ゴム）製容″ａ３を
図示されない供給口から供給される油４により加圧可能
とされた圧力容器５内に装入し、油圧によりこの密閉さ
れた弾性材料（ゴム）Ｎ容器３ごと静水圧加圧すること
によって、微細硬質粒子２を介して前記焼結鍛造歯車６
の表面部をを加、　　　　　　圧処理した。

なお、第３図において、５は図示されない油供給口から
油４を供給して容器内を高圧とする圧力容器、４は上述
により密閉された弾性材料（ゴム）製容器３ごと静水圧
的に加圧する油である。

その後、上述により加圧処理された焼結鍛造歯車６の［
最表面層空孔率Ｊ、ｒｌｏ７回疲労強度］を測定した。

また、実施例１と同様、比較のための従来品として、」
−記した実施例の製造方法で、加圧処理による焼結鍛造
歯車６の表面部の圧密化工程を除き、その他の工程は実
施例の−Ｌ程と全く同一とじて焼結鍛造歯車６を製造し
た。

その後、１−述により加圧処理された焼結鍛造山中車６
の本発明品と（ｊ／ｆ来品の［最表面層空孔率１゜［１
０７回疲労強度１を測定した。

その測定結果を第４図に示す。

第４し１から明らかなように、本発明ｆ）、る、−１１
、／Ｉ　＋ｌ１１圧処理を実施した本発明品（焼結鍛造
山中）口、加圧処理しない（１Ｌ来品に比較し−（，１
最表面ＩＨ空孔率−１ば１／４以下に低減されており、
また、「１０７回疲労強度」は従来品の約１．５倍に向
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
鍛造部材の製造方法によれば、焼結鍛造部材の製造にお
いて、熱間鍛造された前記焼結鍛造部材を、密閉された
弾性材料製容器内に微細硬質粒子により囲繞されるよう
に装入・配置した後、前記密閉された弾性材料製容器を
圧力容器内に装入して、液圧により前記密閉された弾性
材料製容器ごと焼結鍛造部材の表面部を加圧処理するこ
とによって、微細硬質粒子を介して前記焼結鍛造部材の
表面部を擬静水圧的に加圧処理を実施することにより、
焼結鍛造された焼結鍛造部材の表面部の圧密化をはかる
とともに、焼結鍛造部材の表面部に高い圧縮残留応力を
付与することによって、焼結鍛造部材の引張強度、疲労
強度等の機械的性質を、優れたものとすることができる
利点がある。

加えて、本発明にかかる高強度焼結鍛造部材の！Ｉ！Ｉ
造方法によれば、焼結鍛造部材となった後にその表面部
を圧密化することから、圧粉成形体状態において圧密化
する必要がなく、従って、圧粉成形体の表面部における
［剥離］、角隅部における「欠け」を発生ずることがな
いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、焼結鍛造されたコネクティングロッドを加圧
処理している状況を示す説明図。 第２図は、焼結鍛造コネクティングロッドの、本発明品
と従来品における［最表面層空孔率−１及び「１０７回
疲労強度」を比較したグラフ。 第３図は、焼結鍛造された歯車を加圧処理している状況
を示す説明図。 第４図は、焼結鍛造歯車の本発明品と従来品における「
最表面層空孔率」及び「１０７回疲労強度」を比較した
グラフである。 １−−−−・焼結鍛造コネクティングロッド。 ２−−−−−一微細硬質粒子。 ３−一一一・・弾性材料製容器。 ４−・・・・油。 ５−−一一−−圧力容器。 ６−−−−−−焼結鍛造歯車。 ６−一−−−焼結鍛造歯車。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 侑旧倒４ヤ（ぺ）

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
   て加熱焼結する工程と、 加熱焼結された焼結体を高温にて熱間鍛造して焼結鍛造
   部材とする工程と、 焼結鍛造された焼結鍛造部材の表面部を圧密化する工程
   とからなる高強度焼結鍛造部材の製造方法であって、 前記焼結鍛造部材の表面部を圧密化する工程において、
   熱間鍛造された前記焼結鍛造部材を、密閉された弾性材
   料製容器内に微細硬質粒子により囲繞されるように装入
   ・配置した後、前記密閉された弾性材料製容器を圧力容
   器内に装入して、液圧により前記密閉された弾性材料製
   容器ごと焼結鍛造部材の表面部を加圧処理することを特
   徴とする高強度焼結鍛造部材の製造方法。