JPS62120401A - 工具鋼焼結部材の製造法 - 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〕 本発明は工具鋼焼結部材の製造法に関する。

〔従来の技術〕

ＪＩＳ″Ｃ！Ｓに！１．Ｓに０と称される一群の工具鋼
の部材を粉末冶金法で製造することは公知である。なか
でも水ア１−マイズ法によって作られた不規則形状の予
備合金粉末を焼なまし還元後、プレス、ＣＩＰ等で冷開
成形して、所望する最終製品と相似形の形状に成形後、
真空又は還元性雰囲気で焼結する方法は、工具鋼焼結部
材の製造法として注目されている。より具体的に表現す
ると該製造法は通常０２含有量５０ＱＯｐｐｗ以下の水
アトマイズ不規則形状粉末を一１００ｍｅｓｈで分級し
、平均粒径５０μ前後とした後、真空中で還元し１５０
０ＰＰ−以下の０８量とし、かつ同処理において焼なま
し軟化処理を行ない。

粉末を軟化させ、成形性を向上後、粉末外皮の酸化物を
還元するのに必要な化学ｆｆｉ論値に相応するＣを添加
混合後、冷間成形し、以後焼結する方法である。ａ方法
は添加したＣ１又は予備合金元素としてあらかじめ粉末
中に添加されたＣから発生するＣＯガスで粉末の表面酸
化物を還元すること。

組成的に焼結時の昇温又は保持段階で生成する共晶炭化
物の部分液相を利用した一種の液相焼結の２つの作用を
利用することにより、低酸素で真密度に近い工具鋼焼結
部材を製造することが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るに前記製造方法において、現状の一１００鳳ｅｓｈ
で平均粒径５０μ前後の水アトマイズ粉末を使用した場
合、焼結時の共晶炭化物の粗大化とオーステナイト結晶
粒の粗大化が避は難く、金属組織的に同一材質の溶製法
で作ったものより、機械的性質が劣化する欠点がある。

かつ局部的に巨大な残留空孔が発生する場合があり、信
頼性の点でも溶製材対比不安がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明は、以上の２つの欠点を解消する方策を種々検
討の結果、水アトマイズままの粉末を湿式又は乾式で機
械的手法により強制粉砕し、その平均粒径を２５μ以下
で最大粒を一４２μ（−３４５ｍａｓｈ）に限定するこ
とにより解決できることを見出したものである。水アト
マイズままで例えば高圧水を噴射し、本願発明の機械粉
砕粉と同等の平均粒径、並びに最大粒径を限定したもの
を製造できるが、この手法では、同様の効果を得ること
はできないことも判明した。この理由は定かではないが
、機械粉砕によって粉末表面に創生面を現出させること
、および粉末に歪を付与させることが新規な効果を与え
る原因と推定される。

また本願発明は機械粉砕をする際、水アトマイズ粉末ま
まの状態で実施することに特徴がある。

工具鋼粉末の場合、水アトマイズままの急冷凝固状態に
おいて、硬化したマルテンサイト相と残留オーステナイ
トとδフェライト、ならびに炭化物相からなるが、硬化
したマルテンサイ１−の脆性を利用することで、効果的
に粉砕を促進させることができる利点がある。

水アトマイズ粉末を焼なましした場合は、マトリックス
がフェライトとなり、粉砕時にその塑性変形によってフ
レーク化し、後続する冷開成形時の成形性を著しく減す
る欠点がある。

水アトマイズ粉末ままから機械粉砕後、プレス成形やＣ
ＩＰ（冷間静水圧プレス）成形のように実質的に粘着剤
（バインダー）を必要としない場合には、粉末が軟らか
い必要があり、焼なましを施して冷間成形を実施するが
、押出成形や射出成形、スリップキャストのようにバイ
ンダーを使用する場合は、粉砕後、焼なましを実施せず
に冷間成形を行っても良い。

粉砕後の平均粒径は２５μ以下であることが必要でこれ
以上の平均粒径では焼結時の共晶炭化物の微細化効果が
十分でなく、最大粒径が３５０層ａｓｈ（４２μ）以上
だと、偶発的残留空孔の消失効果が不十分となる。この
際粉砕前の水アトマイズ粉末１粒径はあまり大きいと、
経済的範囲内では粉砕が困難となる１通常使用される一
１００＋ｍｅｓｈの粉末を使用することが必要である。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

実施例１ 重量比で、Ｃ１，５１％、　ＳＬ　０．３５％、　Ｍｎ
　０．２９％。

Ｃｒ４．２％、Ｗ　１１．２％、Ｍｏ０．５％、７５．
１％、　Ｃ。

５．３≦、残部鉄および不可避的不純物からなるＡｌ５
ＩＴ１５相当の高速度鋼水アトマイズ粉末を作成した。

この粉末を−１００ｍｅｓｈで分級し、０□含有量を測
定したところ、１９００ｐｐｍであった。この粉末から
更に一２００ａｉｅｓｈ、−３５０ｍａｓｈの２種類の
分級粉末を得た。

これら３種類のそれぞれの平均粒径は５７．３９．２０
μであった。これらの３種類の粉末を９００″ＣＸ３ｈ
ｒ真空焼なましを実施後、０２含有量は９００ｐｐ＋ｎ
に低下した。この後、Ｃ粉末を重量比で０．１２％添加
混合した。

またこの他に水アトマイズままの一１００＋ｍｅｓｈの
水アトマイズ粉末を乾燥後、アトリッター（ａｔｒｉｔ
ｔ。

ｒ）で３００ｒｐｍで３ｈｒの機械粉砕をＡｒガス雰囲
気下で行ない、−３５０ｍｅｓｈで分級した。平均粒径
は１７μで０□含有量３８００ｐｐｍであった。この機
械粉砕粉末にＣ粉末を０．３％添加後、９００℃で３ｈ
ｒの真空焼なましを行った。０□量は１６００ｐｐｍに
低下した。

以上４種類の粉末を６ｔｏｎ／−の成形圧で８ｖ　Ｘ　
６ｔ×５０Ｑにプレス成形後、　１Ｏ−２Ｔｏｒｒの真
空中で１．２３５゜１２４５、１２５５℃の３種類の温
度でｌｈｒ保持後炉中放冷した。

焼結後の試験片は８６０℃Ｘ　３ｈｒの焼なまし後、６
．５讐ｘｓｔｘｓｏＱの抗折試験片を削出後、Ｔ１５の
標準熱処理（１２４０℃焼入、５７０℃Ｘ　ｌｈｒ　Ｘ
　３回焼戻）を施し、抗折試験を実施した。

さらに水中法で密度を測定した。この結果を第１表に示
す。なお、同表中に３０φ溶製材の同一熱処理条件下の
特性測定結果も示した。

平均粒径５７μの試料Ａは焼結温度の上昇と共に、焼結
密度は増加し、ともなって抗折強度と熱処理硬さが上昇
する。しかし、溶製材と対比すると、最高特性が得られ
る１２５５℃焼結でも抗折強度は、２０５ｋｇ／ＩＷ＋
２で溶製材の６３メであり、かつ得られる焼戻硬さもＨ
ＲＣ６５，８と低い。これは第２図に示すように共晶炭
化物が粗大化し、形状も角形化すること、あわせてオー
ステナイト結晶粒度も粗大化することによる。

このように、従来技術では焼結材は溶製材より特性的に
低いものしか得ることができない。

試料Ｂ、Ｃは分級によって粉末の細粒径材について同様
の実験を行ったものである。

未粉砕粉末では粒径が微細になると真密度化する焼結温
度が低下し、抗折強度もわずかに改善されるが、溶製材
と比較すると、抗折強度ならびに熱処理硬さも低い。

これに対し、本願発明材は、１２３５℃の温度で真密度
化し、抗折強度も３８０ｋｇ／ｍ”と溶製材の約１．２
倍の値を示す。焼戻硬さも溶製材と同等以上である。焼
結温度が１２４５．１２５５℃と漸次高くなると、抗折
強度は低下するが、これは溶製材でも認められるオーバ
ーヒート現象で、実用的には問題とならない。

第１図に本発明材のミクロ組織を示す。第３図に溶製材
のミクロ組織も示したが１本発明材は第２図に示す試料
Ａは勿論、溶製材より共晶炭化物のサイズがきわめて微
細であり、均一に分散していることが明らかである。

実施例２ 重量比で、Ｃ１，５１％、Ｓｉ　０．９２％、　Ｍｎ　
０．４２％。

Ｃｒ　１３．１２％、Ｍｏ　０．９１％、　Ｖ　Ｏ，９
４％、残部鉄および不可避的不純物よりなるＪＩＳ　５
ＫＤＩＩ相当の冷間工具鋼の水アトマイズ粉末を作成し
た。平均粒径は、４８μで真空乾燥後の０２含有量は８
２０ｐｐＨであった。この粉末を乾式アトライターでエ
チルアルコール中で２５Ｏｒｐｍで４ｈｒの粉砕を行っ
た。粉砕後の平均粒径は１３μで真空乾燥後の０２含有
量は、１４００ｐｐｍであった。この２種類の粉末にＣ
粉末を０．１５％添加混合後、８８０℃Ｘ　３ｈｒの真
空焼なましを行った後、６ｔｏｎ／　ａＪの成形圧で８
φＸ１２０ＱＣＩＰ成形を行った。このグリーンを１１
６０．１１８０．１２００℃の３種類の温度条件下でｌ
ｈｒ真空焼結を行なった。これらの焼結体から５φＸ７
０Ωの抗折試験片を削出後、８６０℃Ｘ　３ｈｒの大気
焼なましを行ない、１０５０℃で２０分保持後空冷の焼
入処理と２００　’ＣＸ　１．ｈｒＸ２回の焼戻処理を
行ない、抗折テストを実施した。また、比較としては３
０φの溶製材から削出した同一熱処理条件の試験片とし
た。これらの結果を第２表に示す・ 実施例１の場合と同様、５ＫＤＩＩにおいても１機械的
粉砕粉末を出発原料とした発明材Ｆはアトマイズまま粒
径粉（比較材Ｅ）対比、２０℃低い焼結温度で真密度化
し、その場合の抗折強度も溶製材を上用る特性を示す。

実施例３ 重量比で、Ｃ２，８３１、ＳｉＱ、４７に、　Ｍｒ＋　
０．３５％、Ｃｒ４．１０％、Ｗ　１１．９８％、Ｍｏ
７．８０％、Ｖ　８．００％、Ｃｏ　１０　、０２％、
残部鉄および不可避的不純物からなる高合金鋼の水アト
マイズ粉末を作成した。平均粒径は４８μで０２含有量
は１９００ｐｐ■であった０本粉末をＮ２雰囲気中で振
動ミルで１５０ｏｒｐｍ、振幅８■で５ｈｒの乾式粉砕
を行なった。この時、平均粒径は２２μで０２含有量は
３４００ｐρ鵬であった。

二のアトマイズ＊まと機械粉砕粉の２種類の粉末にそれ
ぞれＣ粉末を０．１５％添加混合後、メチルセルロース
２％（市販品信越化学８Ｍ４０００）とグリセリン１％
、水１１．５％を添加後、ヘンシェルミキサーで混練し
た。この混練物をインラインスクリュータイプの射出成
形機を用いて、成形圧３００ｋｇ／ａｔ、金型温度９０
℃で２０φｘ１．５０Ｑの円柱状に成形した。

この成形体を５００℃Ｘ　ｌｈｒの真空中で脱バインダ
ー後、１１７０．１１９０℃Ｘ１ｈｒの真空焼結を実施
した。

この焼結材を９００℃Ｘ　３ｈｒの焼なまし後、５φＸ
１０Ｑの抗折試験片を削出し、１１８０℃で焼入し。

５５０℃でｌｈｒ　Ｘ　３回の焼戻を実施した。なお比
較材としては、かかる高合金材質では偏析が著し２く。

溶製材は製造できなかったので粉末材のみについて、試
験を行った。その結果を第３表に示す。

本発明材は、１１９０’ＣＸ　ｌｈｒの焼結で実質的に
真密度（光学顕微鏡下で残留空孔がＮ４祭できない）に
到達した。他方アトマイズままの４８μ平均粒径材につ
いては、１１７０℃、　１１９０℃の面温度でも多孔質
で、真密度化は不可能と判断される。本発明材はＨＲＣ
７１，５の焼戻硬さを示し、最高２０５　ｋ＠　／■２
の抗折強度を有した。

切削工具としての特性を評価する為に８φｘｔｏ。

２の真剣バイトを別途作製し、５４５Ｃ，ＨＲＢ９５の
丸棒の旋削による耐久寿命を測定した。比較材としては
溶製材のＳ　Ｋ　Ｈ５７の同一サイズの真剣バイトを用
いた。　５Ｋ１１５７は寿命迄の平均時間が３２０ｓｅ
ｃで早期欠損したのに対し、発明材は実に３６５０ｓｅ
ｃの優れた切削耐久性を示した。

〔発明の効果〕

かかる如く、本願発明の手法により、溶製材ならびに従
来の水アトマイズ粉末を出発原料とした場合、高密度化
が不可能な材料系においても、工業性に優れた材料の製
造が可能なることを判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明法によるＡｌ５Ｉ　Ｔ１５相当材のミ
第１［図 第２１ 第３図 ×４００ 手続補正書（自発） ６１．９．２６ 昭和　　年　　月　　日 １、事件の表示 昭和６０年　特許願　第２６０１７３号発　明　の　名
　称　　工具鋼焼結部材の製造法補正をする者 名　　称　　　　（５０８）　　　日立金属株式会社４
、補正の対象 ５゜ 補正の内容 明細書の発明の詳細な説明の欄を次のように補正する。 （１）明細書第５頁第１０〜第１１行目の「水アトマイ
ズ粉末、粒径は」を「水アトマイズ粉末の粒径はＪに訂
正する。 （２）　　同書第５頁第１３行目の「必要である。」を
「望ましい。」に訂正する。 （３）　　同書第７頁第３行目の「抗折強度」を「抗折
強度」に訂正する。 （４）同書第８頁第１表を添付の第１表と差し換える。 （５）同書第９頁第４行目の「抗折強度」を「抗折強度
」に訂正する。 （６）同書第９頁第１１行目の「抗折強度」を「抗折強
度」に訂正する。 （７）同書第９頁第１２〜第１３行目の「実用的には問
題とならない」を「実用的には焼結温度を下げることで
解決できるので問題どならない」に訂正する。 （８）同書第１０頁第１０行［１の「８φｘ１２０ＱＣ
ＩＰＪを「８φＸ１２０ＱのＣＩＰＪに訂正する。 （９）同書第１０頁第１７行目の「抗折テス１−」を「
抗折テスト」に訂正する。 （１０）同書第１０頁第１０を添付の第２表と差し換え
る。 （１１）同書筒１−２頁第１７行目の［（市販品信越化
学８Ｍ４０００）　Ｊを［（市販品信越化学５Ｍ４００
０）　Ｊに訂正する。 （１２）　　同書第１４頁第３表を添付の第３表と差し
換える。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　重量比でＣ０．６〜３．０％、及びＣｒ、Ｗ、Ｍｏ
   、Ｖ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉの単独又は複数をＣｒ３
   ．０−１５．０％、Ｗ＋２Ｍｏ３０．０％以下、Ｖ１５
   ．０％以下、Ｃｏ１５．０％以下、Ｓｉ１．５％以下、
   Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ５．０％以下、残部鉄および不
   可避的不純物からなる工具鋼合金で、水アトマイズ法に
   よって予備合金化された−１００ｍｅｓｈの不規則形状
   粉末をアトマイズままの状態から湿式又は乾式で機械的
   に粉砕して、平均粒径２５μ以下の粉末とし、この粉末
   を焼結用の原料粉末とすることを特徴とする工具鋼焼結
   部材の製造法。