JPS62109902A

JPS62109902A - 鉄系粉末成形体の焼結方法

Info

Publication number: JPS62109902A
Application number: JP25160485A
Authority: JP
Inventors: Jinsuke Takada; 高田　仁輔
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1987-05-21
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH079004B2

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】［ａ業上の利用分野］本発明は鉄系粉末成形体の焼結方法に関し、殊に潤滑剤
としてステアリン酸金属塩（例えばステアリン酸亜鉛や
ステアリン酸リチウム等）を配合してなる鉄系粉末成形
体の焼結時における寸法変化率（成形圧方向と直角方向
）のばらつきを少なくし、最終製品の寸法精度を高める
ことのできる技術に関するものである。

［従来の技術］還元法やアトマイズ法等により製造した鉄系粉末を圧縮
成形し焼結して得られる鉄系粉末圧縮成形製品は、任意
の形状のものを製造し得るという利点に加えて製品の寸
法精度も優れているところから、自動車部品をはじめと
して各種機械部品の′製造に幅広く利用されており、そ
の生産量は最近急激に増大してきている。

ところで鉄系粉末冶金においては、圧縮成形時における
鉄系粉末の潤滑性（粉末同士及び粉末と成形型表面との
潤滑性）を高める為に少量のステアリン酸塩（主として
ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウム）が配合され
、また物性改善の為に適量の銅粉や炭素粉等が配合され
る。そして圧縮成形後は、以下に示す如く脱ろう、焼結
、冷却の各工程が順次行なわれるが、これらの工程は圧
縮成形体の酸化、脱炭、浸炭等を防止すべく、変成炭化
水素ガス（ＲＸカス）雰囲気中で行なうのが通例である
。

■鉄系粉末の圧縮成形性を高める為に添加される潤滑剤
（ステアリン酸亜鉛等）を、加熱により気化させて除去
する脱ろう工程。

■潤滑剤か除去された後の圧縮成形体を加熱して焼結さ
せる焼結工程。

■焼結物を大気中で酸化を受けない温度まで降イ品させ
るン令却工程。

前述の如く粉末冶金製品には寸法精度が高いという特徴
があるが、それでも上記脱ろう一焼結一玲却の各工程（
以下一括して焼結工程又は単に焼結ということがある）
における種々の要因によって膨張又は収縮を起こし、焼
結の前・後で寸法がかなり変わってくる。そこで従来は
、圧縮成形時の成形型寸法について、焼結時の寸法変化
を見越した寸法に調整しておき、焼結後に寸法の手直を
行なわなくともよい様にしている。しかしながらそれて
も十分な寸法精度が得られないことも多く　その様な場
合はサイジング或はコイニング等の２次加工が行なわれ
る。殊に焼結工程における寸法変化が著しい場合は焼結
体寸法のばらつきも大きく、２次加工が不可欠となるば
かりでなく、寸法誤差か極端に大ぎい場合はサイジング
等にょる寸法精度の矯正自体か非常に困難となることも
ある。

また焼結工程における膨張二が大きい場合には圧縮成形
体の密度が低下し、機械部品として必要な機械的強度を
満足し得なくなることもある。

この様なところから機械部品用鉄系粉末冶金材料には、
焼結工程で生ずる寸法変化率に一定の基準が設けられて
おり、現時点で許容される寸法変化率の限界は成形型の
寸法基準で０．４％程度とされている。また多種類の成
形品の製造に適用される鉄系粉末冶金材料については、
寸法変化率のばらつきの標準偏差がσ＝００２％程度と
非常に厳しい値が要求されている。

上記の様な焼結工程における膨張・収縮現象については
様々の原因が考えられ、それらの原因に対応して色々の
解決策が提案されている。これらのうち代表的なものと
しては、焼結時の＝囲気ガスを改善要素とする特公昭５
７−９６０１号や同５８−１０９６３号記載の方法、或
は鉄系粉末冶金材料に対する添加剤に工夫を加えた特公
昭５９−３５３４号記載の方法等が挙げられ、夫々それ
なりの効果を得ている。

［発明が解決しようとする問題点］ところか上記公報記載の改善技術にしても、焼結工程前
後における寸法変化率を満足のいく程度まで小さくする
ことかできる訳ではなく、特にステアリン酸金属塩系の
潤滑剤を含む鉄系粉末圧縮成形体に適用した場合、「当
該変化率のばらつきの標準偏差をＯ＝０．０２％の範囲
に納める」という現在の厳しい要請には到底答えること
かできない。

この様な状況のもとて本発明は、焼結時の膨張・収縮に
伴なう焼結部品の寸法変化率のばらつきをＣ５＝　０．
０２％程度若しくはそれ以下に抑え得る様な方法を提供
しようとするものである。

［問題へを解決する為の手段］本発明に係る焼結方法の構成は、潤滑剤としてステアリ
ン酸金属塩を配合してなる鉄系粉末を圧縮成形した後該
成形体を脱ろう・焼結処理するに当たり、少なくとも脱
ろう工程における雰囲気ガスとして炭素源を含まない非
酸化性ガスを使用するところに要旨を有するものである
。

［作用］以下実験の経緯を追って本発明の作用を順次明確にして
行く。

本発明者等は鉄系粉末冶金材料の代表例として最も汎用
されている［鉄粉：　９６．４５％、銅粉・２％、炭素
粉・０．８％、ステアリン酸亜鉛、　０．７５％コを彦
根し、下記の実験を行なった。即ち上記粉末冶金材料を
用いて常法により直方体の成形体を圧縮成形した後、こ
の種の分野では最も一般的なＲＸガスを雰囲気カスとし
、脱ろう工程ではその露点を２０℃、焼結及び冷却工程
ではその露点を一５℃とし、第２図に示す最も一般的な
ヒートパターンて脱ろう一焼結一玲却を行ない、その間
の寸法変化を調へた。結果は第３図に示す通りてあり、
潤滑剤としてステアリン酸金属塩を配合した圧縮成形体
の場合、脱ろう工程において異常な体積膨張が認められ
る。しかも焼結工程に入って温度が銅の融点（１０８３
℃）を超えると、成形体が収縮現象を起こす。

そこでまず焼結時に使用する雰囲気ガスの露点に注目し
、脱ろう工程で生ずる膨張及び銅の融点付近で生ずる収
縮の夫々に及ぼす影響を明確にすべく実験を行なったと
ころ、第４図に示す結果を得た。

第４図からも明らかな様に、脱ろう時の膨張量は雰囲気
ガスの露点が高くなるほど小さくなり、また理由は不明
であるが銅の融点付近で生ずる収縮量は雰囲気ガスの露
点が高くなる程小さくなっている。モして雰囲気ガスの
露点による膨張・収縮量の変動が最終的に寸法変化のば
らつきとして現われてくるものと考えられた。

次に雰囲気ガスの種類による影響、殊に寸法変化量の大
きい脱ろう工程での雰囲気ガスの影響を調べるため、焼
結工程における雰囲気ガスは従来通りＲＸガスとし、脱
ろう工程の雰囲気ガスのみを変えた場合の寸法変化を調
べた。但し雰囲気ガスとしては炭素源を含まない非酸化
性ガスであるＡｒ、Ｎ２及びＨ２を選択した。結果は第
５図に示す通りであり、脱ろう工程で炭素源を含まない
雰囲気ガスを使用した場合は、当該ガスの露点には殆ん
ど無関係に脱ろう時の寸法変化を部域させることができ
た。またこれらのガスを使用すると銅の溶融時における
寸法変化の変動も大幅に抑制し得ることが分かフた。ち
なみに第１図は、脱ろう時の雰囲気ガスとしてＡｒを使
用し、焼結時の雰囲気ガスとして従来通りのＲＸを用い
た場合の膨張曲線を示したものであり、この図からも明
らかな様に雰囲気ガスとしてＡｒを使用すると脱ろう時
の膨張は殆んど見られなくなる。尚焼結工程に入ると銅
の融点付近で若干の膨張現象を認めたが、こうした傾向
は、ステアリン酸金属塩を添加しない鉄系粉末を圧縮成
形した後の脱ろう・焼結工程で生ずる銅融点付近の膨張
量とぼぼ同等である（第６図・・・ステアリン酸亜鉛無
添加物の膨張曲線）。尚第１図及び第６図の膨張曲線で
観察される銅融点付近の膨張は、銅の溶融により鉄と合
金化を生じ、或は溶融した銅がマトリックス金属組織の
結晶粒界部へ浸透拡散して金属組織を押し広げる為に発
生したものと考えられる。何れにしても銅溶融時におけ
る寸法変化は、第５図からも明らかな様に雰囲気ガスの
露点には殆んど影響を受けることなくほぼ一定であり、
又脱ろう時の膨張量は前述の如く殆んど無視し得る程度
に抑えられるから、結局のところ脱ろう・焼結を通じて
発生する膨張量は雰囲気ガスの露点に関係なく略一定の
値が得られ、ばらつきは非常に小さい値に抑えられる。

しかもその膨張量は予備実験により予め求めておくこと
ができるので、当該膨張量を見越して圧縮成形時の成形
型寸法を適正に設計することができ、焼結成形体の寸法
精度を満足の行く程度にまで高めることができる。尚上
記では少量の銅及び炭素粉を含む鉄系粉末冶金材料をと
り上げて説明したが、この他本発明はＮｉ、Ｓｎ。

Ｍｎ、Ｓ、Ｂ、Ｐ、Ｓｂ、Ｚｎ、ＭｎＳ、ＣａＳ等を含
む鉄系粉末冶金材料についても同様に適用することがで
きる。

［実施例コ鉄粉：　９６．４５％、銅粉：２％、炭素粉；０．８％
、ステアリン酸亜鉛：　０．７５％からなる鉄系粉末冶
金材料を使用し、成形圧５ｔ／ｃｍ２で５×５×３０ｍ
ｍの圧縮成形体を製作した。得られた圧縮成形体を使用
し第２図に示したヒートパターンに率じ、下記第１表に
示す雰囲気ガスの存在下で夫々５回ずつの脱ろう・焼結
実験を行ない、焼結成形体の寸法変化のばらつきを調べ
た。また各焼結成形品中における炭素量の増減も調べた
。結果を一括して第１表に示す。

ｆＪ１表からも明らかな様に、脱ろう時のτ囲気ガスと
してＲＸガスを用いた従来例（Ｎｏ、１゜２）では、脱
ろう時の膨張か著しく且つそのばらつきか大きい為、焼
結成形体の寸法変化のばらつき（σ）は００２％を超え
ており、且つ焼結工程で浸炭現象が起こり炭素量の増大
か見られる。これに対し脱ろう時の雰囲気ガスとして炭
素源を含まないガスを用いた場合（Ｎｏ、　３〜８）は
、当該ガスの露点とは殆んど無関係に脱ろう時の膨張が
回避され、焼結成形体の寸法変化のばらつきは０．０１
３％以下の非常に小さい値が得られており、しかも炭素
量の変動も全く起こっていない。尚実験Ｎｏ、　９はτ
閏滑剤（ステアリン酸亜鉛）無添加の鉄系粉末圧縮成形
体を用いた場合の例であり、この場合は脱ろう雰囲気ガ
スとしてＲＸガスを用いた場合でも寸法変化についてそ
れ程大きなばらつきは見られない。これに対し本発明の
実施例では、適量のステアリン酸金属塩を併用した場合
でも、ステアリン酸金属塩無添加の場合を陵罵する高レ
ベルの寸法精度を確保し得ることが分か尚上記の実験で
は脱ろう時の容囲気ガスとしてＡｒ、Ｎ２　、Ｎ２を夫
々単独で用いた例を示したか、これらのガスを混合して
用いた場合でも同様の効果を得ることかでき、殊にＡｒ
やＮ２を用いる場合は、脱ろう時の酸化を防止する為５
〜７０％程度のＮ２カスを併用した場合の方が好ましい
結果を得ることかできる。

［発明の効果］本発明は以上の様に構成されるか、要は鉄系粉末冶金材
料中に潤滑剤としてステアリン酸金属塩を配合した場合
の脱ろう工程で生ずる体積変化を、）悦ろう；囲気カス
を特定することによって可及的に少なくしたので、脱ろ
う・焼結時における十法変化のばらつきを非常に小さく
抑えることかでき、焼結成形体の寸法精度を飛躍的に高
め得ることシこなった。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明法を採用した場合における膨張：ｌ（、
腺を示す区、）Ｌ２図は実験で採用したヒートパターン
を示す図、第３図は従来法における膨張曲線を示す図、
第４図は従来法を採用した場合における：囲気ガスの露
点と脱ろう時及び銅融解時の寸法変化を示すグラフ、第
５図は本発明法を採用した場合における雰囲気ガスの露
点と脱ろう時及び銅融解時の寸法変化を示すグラフ、第
６図はステアリン酸金ａ塩無添加の鉄系粉末冶金材料を
用いた場合の膨張曲線を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

潤滑剤としてステアリン酸金属塩を配合してなる鉄系粉
末を圧縮成形した後該成形体を脱ろう・焼結処理するに
当たり、少なくとも脱ろう工程における雰囲気ガスとし
て炭素源を含まない非酸化性ガスを使用することを特徴
とする鉄系粉末成形体の焼結方法。