JPS62167843A - 高強度焼結合金の製造方法 - 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、高強度焼結合金の製造方法に関し、特に、優
れた圧粉成形性を有するＦｅ−ＭＯ系予備合金化鉄粉の
原料粉末に、所定量の黒鉛粉末及び潤滑剤を添加して焼
結した後、熱処理により高強度とすることのできる高強
度焼結合金の製造方法にかかるものである。

〔従来の技術〕

焼結合金の高強度化に対する要望が近年ますます強まっ
てきている。

このような焼結合金の高強度化要求に対して、合金化、
高密度化、均質化等の手段により強度を向上させた焼結
合金の開発がなされている。

そして、焼結合金を合金化することによる強化方法とし
ては、Ｃｕ、Ｎ　ｔ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素を
混合法もしくは予備合金化法等によって、基地鉄中に固
溶させる焼結合金の強化方法が主として採用されている
。

ところで、合金化による焼結合金の強化方法においては
、上述のように鉄粉にＣ，Ｃｕ、Ｎｉ。

Ｍｏ、Ｃｒ等の合金粉末を添加した後混扮する混合法と
、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ等の合金元素を予め合
金化させた合金粉末を用いる、いわゆる、予備合金化法
とが通常採用されている。

予備合金化鉄粉を原料粉末として用いることによる焼結
合金の強化方法においては、使用する原料粉末に含有さ
れる合金元素を主としてＮｉ−Ｍｏ　−（Ｃｕ）系、Ｃ
ｒ−Ｍｎ−Ｍｏ系等の合金状態として含有させた予備合
金化鉄粉とする方法であるが、これらの予備合金化鉄粉
においては合金元素による固溶硬化により原料粉末が高
硬度となり圧粉成形性が低下して圧粉成形体密度が低く
なると（、（う欠点があり、焼結合金の高強度化に有効
な高密度化を図る上からは好ましくない。

また、予備合金化鉄粉を原料粉末として使用する場合に
おいても、Ｃｒ、Ｍｎ等の活性元素を含有する原料粉末
の場合には、焼結処理中に酸化して添加された合金元素
の効果が充分に発揮されなくなる場合もある。

ところで、上述したような従来の原料粉末である予備合
金化鉄粉における圧粉成形性の低下に対して、その圧粉
成形性の改善を図るべく種々の提案がなされている。

例えば、合金元素であるＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕを鉄粉の表面
に拡散処理させた、「低合金粉末鉄の製法」　（特公昭
４５−９６４９号）等である。

この低合金鉄粉はＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ等の合金元素を鉄粉
の表面部のみに拡散処理させていることから、鉄粉は表
面部を除く内部においては合金元素が固溶硬化されてお
らず、鉄粉の優れた圧粉成形性は阻害されることがなく
、原料粉末が予備合金化鉄粉でありながら優れた圧粉成
形性を有している。

しかしながら、このような方法により製造された予備合
金化鉄粉の原料粉末においては、合金元素（とりわけＮ
ｉ）の拡散速度が遅いことから、混合法と同様に添加し
た合金元素を充分に基地鉄中に拡散させるためには長時
間の焼結処理時間を必要とする等、均質な焼結合金を得
るのが難しいという難点がある。

さらに、前述のＮｉ、Ｍｏ、Ｃｒを含有する予備合金化
鉄粉においては、合金元素が高価であることから、価格
の安いＣｒ、Ｍｎを主成分とした予備合金化鉄粉が最近
提案されている（例えば、特開昭５８−１３０２４９号
、特開昭５９−３８３５１号等）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようなＣｒ、Ｍｎを主成分とした予
備合金化鉄粉は、油噴霧法により製造することが必須条
件とされ、しかも、炭素及び酸素を著しく低減させるこ
とにより圧粉成形性の改善を図った低合金鉄粉であるこ
とから、原料粉末の価格が高騰するという問題点があっ
た。

また、Ｃｒ、Ｍｎは前述のように酸化し易い合金元素で
あることから焼結処理雰囲気を厳しく管理することが必
要となり、Ｃｒ、Ｍｎ等の添加効果を充分に発揮させる
には厨温焼結処理（例えば、１２５０℃）とする必要が
あることから、焼結処理炉が高価となることは避けられ
ないという問題があった。

しかも、従来の拡散合金粉を原料とした製造方法におい
ては、合金元素の拡散が不十分であり合金元素の有する
固溶強化能が生かしきれていないという問題があった。

また、Ｃｒ、Ｍｎを多く含む噴霧合金粉を原料とした製
造方法においてはＣｒ、Ｍｎが易酸化性のため、焼結中
にこれらの元素が酸化しないように特別な注意を払う必
要があるとともに、１２００℃以上での高温焼結を行う
必要が生じ製造コストが大幅にアップするという問題が
あった。

従って、本発明の目的は、従来材に比較して優れた強度
特性を有する高強度焼結合金を安価に製造する方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明にかかる第１の発明は、重量比率にて
、Ｍｏｎ０．２〜１．４％、ＣｒＨ０゜１−０．３％、
残部Ｆｅと不可避の不純物とからなるＦｅ−Ｍｏ−Ｃｒ
系予備合金化鉄粉の原料粉末に、該原料粉末の０．２〜
０．７重量％の黒鉛粉末を添加して混合する第１の工程
と、前記第１の工程により得られた混合粉末を所定の形
状に成形後、保護雰囲気中で焼結する第２の工程と、前
記第２の工程により得られた焼結体に焼入れ、焼戻し処
理を施す第３の工程からなることを特徴とする高強度焼
結合金の製造方法である。

また、本発明にかかる第２の発明は、重量比率にて、Ｍ
ｏ；０．２〜１．４％＋　（、ｒ　；　０．１〜０．３
％、残部Ｆｅと不可避の不純物とからなるＦｅ−Ｍｏ−
Ｃｒ系予備合金化鉄粉の原料粉末に、該原料粉末の０．
５重量％以下の黒鉛粉末を添加して混合する第１の工程
と、前記第１の工程により得られた混合粉末を所定の形
状に成形後、保護雰囲気中で焼結する第２の工程と、前
記第２の工程により得られた焼結体に浸炭焼入れ、焼戻
し処理または浸炭浸窒焼入れ、焼戻し処理を施す第３の
工程からなることを特徴とする高強度焼結合金の製造方
法である。

〔作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

本発明における焼結合金製造用の原料粉末を、重量比率
にて、Ｍｏｎｏ、２〜１．４％、ＣｒＨＯ，１〜０．３
％、残部１ｉ’　ｅと不可避の不純物とからなるＦｅ−
Ｍｏ−Ｃｒ系予備合金化鉄粉としているのは、優れた圧
粉成形性を確保するとともに、比較的低コストの原料粉
末とするためである。

次に、本発明材の合金元素の範囲限定理由にっして説明
する。

なお、以下の説明において、各合金元素の添加量はいず
れも重量％により表示する。

本発明材において、Ｍｏ、Ｃｒは焼結体の引張強度を向
上させるために必要な合金元素であり、また、熱処理時
の焼入性向上にも有効な合金元素である。

そして、Ｍｏは０．２％未満ではその焼結体強度改善効
果が充分でなく、一方１．４％を越えて添加するとその
添加量に見合った焼結体強度改善効果の向上が見られな
いばかりでなく、かえって原料粉末の圧粉成形性を悪化
し、しかもコストを高騰させることから０．２〜１．４
％とした。

また、Ｃｒは０．１％未満ではその焼結体強度改善効果
が充分でなく、一方０．３％を越えて添加すると粉末の
圧縮性が低下し、高強度材料の製追上不利となるため０
．１〜０．３％とした。

焼結温度は１１００℃未満では十分焼結が進まないため
１１００℃以上が必要であるが、Ｃｒ、Ｍｎ系の噴霧合
金粉や拡散合金粉を原料とした焼結材料の適正焼結温度
である１２３０℃以上の高温焼結を行う必要はない。

さらに、焼入れ温度はいずれも限定温度未満では焼入れ
の効果が十分でなく、逆に限定温度を越えると経験的に
強度が低下する事実があるため好ましくない。

また、本発明において、添加する黒鉛粉末は焼結処理後
の焼結合金のＣ含有量を調整するために添加するもので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

（第１実施例） 重量比率で、Ｍ　ｏ　：　Ｏ−４９／１１ｒ　Ｃｒ　；
　Ｏ−２％。

残部Ｆｅと不可避の不純物からなる合金粉末と、その合
金粉末の０．５重量％の黒鉛粉と０．７％の潤滑用ステ
アリン酸亜鉛粉とをＶ型混合機で混合した。

そして、この混合粉末を金型を用いて圧粉成形して、成
形体密度７．１ｇ／ｃｍ３の引張試験片（Ｊ　Ｓ　ＰＭ
標準２−６４）を作成した。

その後、この圧粉成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中
にて、１ｉａｏ℃×４０分間の焼結処理を実施した。

さらに、上述の工程により製造された引張試験片の焼結
体を、真空熱処理炉を用いて８６０℃×４０分間加熱保
持後油焼入し、１７０℃×６０分間の低温焼もどし処理
を施した。

このようにして、本発明材■の引張試験片を製造した。

（第２実施例） 重量比率で、ＭＯ；０．４％、Ｃｒ；０．２％。

残部Ｆｅと不可避の不純物からなる合金粉末と、その合
金粉末の００．３重量％の黒鉛粉と０．７％の潤滑用ス
テアリン酸亜鉛粉とを■型混合機で混合した。

そして、この混合粉末を金型を用いて圧粉成形して、成
形体密度７．１ｇ／ｃｍ”の引張試験片（Ｊ　Ｓ　ＰＭ
標準２−６４）を作成した。

その後、この圧粉成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中
にて、１１８０℃×４０分間の焼結処理を実施した。

熱処理は浸炭焼入れ、焼戻しとした。すなわち、カーボ
ンポテンシャル１．０％ブタン変成ガス雰囲気中で９２
０℃×６０分後、８５０’Ｃに降温し３０分間保持後油
冷し、焼戻しは１７０℃×６０分とした。

このようにして、本発明材■の引張試験片を製造した。

（第３実施例） 第２実施例と壜本的には同じ方法により、焼結体を製造
した。

熱処理は浸炭浸窒焼入れ、焼戻しとした。すなわち、カ
ーボンポテンシャル０．８％、窒素０゜３％のブタン変
成ガス＋アンモニアの混合雰囲気中で９００℃×６０分
保持後、８５０℃に降温し２０分間保持後油冷し、焼戻
しは１７０℃×６０分とした。

（比較例） 市販の拡散合金粉（Ｆｅ−４重量％Ｎｉ−１゜５重量％
Ｃｕ−０，５重量％ＭＯ）に対し、０゜５５重量％の黒
鉛粉と０．７％のステアリン酸亜鉛粉とをＶ型混合機で
混合した。

次に、上記の混合粉末より成形体密度７．１ｇ／ｃｍ３
の引張試験片を製造した。焼結は分解アンモニアガス雰
囲気中で１１８０℃Ｘ４０分の条件で行った。

熱処理は第１実施例と同様に焼入れ、焼戻し処理とし、
真空熱処理炉において８６０℃×４０分保持後油冷し、
焼戻しは１７０℃×６０分とした。

このようにして、比較材の引張試験片を製造した。

上記の本発明材■〜■および比較材の各引張試験片を使
用して本発明方法にかかる高強度焼結合金と従来法によ
り製造された高強度焼結合金との強度を比較評価した。

即ち、上述の方法により製造された各引張試験片を、室
温にてクロスヘッドスピード２ｍ／ｗｉｎの引張速度で
引張試験を実施し各引張試験片の引張強度を測定した。

この結果を第１図に示す。

第１図から明らかなように、本発明材■〜■はいずれも
比較材とほぼ同等の引張強度を有していることがわかる
。

比較材は市販されている高強度焼結合金の中で最も多く
使用されている材料であり、高価な合金元素を多く（Ｎ
ｉおよびＣｕを合計で５％以上）含有している。

これに対して、本発明材が比較材に比較して高価な合金
の合金量が少ないにもかかわらず、これと同等の強度を
有していることは本発明にかかる高強度焼結合金の製造
方法がすぐれていることの証左とも言えるものである。

さらに１．付言すれば本発明材が高価なＮｉやＣＵを使
用することなく高強度化を達成しえたのは、Ｍｏおよび
Ｃｒの添加方法と合金量の最適化によるものである。

すなわち、ＭｏとＣｒの適量を予備合金化した粉末を原
料として使用したことにより、高価なＮｉやＣｕを含有
しない組成でＮｉやＣｕを含有した材料と同等の強度が
得られたものである。

これによって、材料コストの低コスト化にも有利に作用
することになったのである。

以上、本発明を特定の実施例に基づいて説明したがこれ
らに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載し
た範囲内で当業者が実施可能な種々の態様が考えられる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にかかる高強度焼結合金の
製造方法は、重量比率にて、ＭＯ；　０゜２〜１．４％
、Ｃｒ：０．１〜０．３％、残部Ｆｅと不可避の不純物
とからなるＦｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系予備合金化鉄粉の原料粉
末に、所定の黒鉛粉末を添加して混合する第１の工程と
、前記第１の工程により得られた混合粉末を所定の形状
に成形後、保護雰囲気中で焼結する第２の工程と、前記
第２の工程により得られた焼結体に焼入れ、焼戻し処理
あるいは浸炭焼入れ、焼戻し処理または浸炭浸窒焼入れ
、焼戻し処理を施す第３の工程から構成したため、従来
材に比較して優れた強度特性を有する高強度焼結合金を
安価に製造することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明材および比較材の引張試験の結果をその
成分組成とともに示すグラフである。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比率にて、Ｍｏ；０．２〜１．４％、Ｃｒ；０
   ．１〜０．３％、残部Ｆｅと不可避の不純物とからなる
   Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系予備合金化鉄粉の原料粉末に、該原
   料粉末の０．２〜０．７重量％の黒鉛粉末を添加して混
   合する第１の工程と、前記第１の工程により得られた混
   合粉末を所定の形状に成形後、保護雰囲気中で焼結する
   第２の工程と、前記第２の工程により得られた焼結体に
   焼入れ、焼戻し処理を施す第３の工程からなることを特
   徴とする高強度焼結合金の製造方法。 ２、焼結体の密度を６．９ｇ／ｃｍ＾３以上としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度焼結合
   金の製造方法。 ３、焼入れ、焼戻し処理を保護雰囲気中において、７５
   ０〜９００℃にて１５〜９０分加熱保持後油冷し、１５
   ０〜４５０℃で焼戻ししたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の高強度焼結合金の製造方
   法。 ４、焼結を保護雰囲気ガス中で１１００℃以上の温度で
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の高強度焼結合金の製造方法。 ５、重量比率にて、Ｍｏ；０．２〜１．４％、Ｃｒ；０
   ．１〜０．３％、残部Ｆｅと不可避の不純物とからなる
   Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系予備合金化鉄粉の原料粉末に、該原
   料粉末の０．５重量％以下の黒鉛粉末を添加して混合す
   る第１の工程と、前記第１の工程により得られた混合粉
   末を所定の形状に成形後、保護雰囲気中で焼結する第２
   の工程と、前記第２の工程により得られた焼結体に浸炭
   焼入れ、焼戻し処理または浸炭浸窒焼入れ、焼戻し処理
   を施す第３の工程からなることを特徴とする高強度焼結
   合金の製造方法。 ６、焼結体の密度を６．９ｇ／ｃｍ＾３以上としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の高強度焼結合
   金の製造方法。 ７、浸炭焼入れ処理を平衡炭素量が０．３〜１．５％の
   雰囲気中にて８５０〜１０００℃で３０〜１８０分保持
   した後、７５０〜９００℃に５〜６０分間降温保持後油
   冷し、１５０〜４５０℃で焼戻し処理したことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項または第６項記載の高強度焼
   結合金の製造方法。 ８、平衡炭素量を０．３〜１．０％、窒素量を０．１〜
   ０．５％有する雰囲気中にて８２０〜９５０℃で３０〜
   ９０分加熱保持後油冷し、１５０〜４５０℃にて焼戻し
   処理したことを特徴とする特許請求の範囲第５項または
   第６項記載の高強度焼結合金の製造方法。 ８、焼結を保護雰囲気ガス中で１１００℃以上の温度で
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第５項または第６
   項記載の高強度焼結合金の製造方法。