JPS62202046A - 高強度焼結体の製造方法 - 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体の製造方法に関し、詳しくは高強
度の鉄系焼結体の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、焼結体の高強度化は高密度化や熱処理により行
われている。高強度焼結体の製造は、通常、原料粉の混
合、成形、焼結、サイジング、熱処理、機械加工の各工
程により行われている（特公昭５８−５０５０８号、特
開昭５９−５８５５１号参照）。成形は、成形体の密度
が７．Ｏｙ／ｄ程度になるように行われ、焼結は１２３
０ないし１５００℃の高温で６０ないし１２０分加熱す
ることによシ行われている。熱処理は高強度を得るため
に必要で焼き入れ、焼き戻し処理が行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した製造方法では、成形体密度は通
常、高くても７．　Ｏｙ　／−であり、この程度の密度
では十分な強度が得られないため、熱処理が必要であり
、成形時の金型を高価な超硬金型に変えて成形体の密度
を更に高くするようにしても密度は７．２ｆ／ｄ止まシ
であってなお熱処理が必要であるので、工程数が増加し
、生産性が低下し、生産コストが上昇するという問題が
ある。また、熱処理を施すと、大きな歪が焼結体に生じ
る。これに対処するため、一般に加工取り代を大きくし
ているが、加工取り代を大きくすると原料粉の使用量が
増加し、コスト高になるとともに、加工性（被剛性）が
悪化し、生産性が低下し、加工費が大幅に上昇する。

ま、た、焼結体を熱処理を施さずに、加工する場合でも
加工性は良くなく、加工費が上昇する。

更にまた、焼結を高温で比較的長時間行う必要があるた
め、炉が傷みゃすく、また、ランニングコストが高くな
るという問題もある。

本発明は上記問題点を解決するだめのもので、高温焼結
及び熱処理せずに高強度焼結体を製造する方法を提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高強度焼結体の製造方法は、 （Ｉ）　　重量比で、ニッケル（Ｎｉ　）又はコバルト
（Ｃｏ　）を１ないし６チ、鋼（Ｃｕ）、モリブデン（
Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、１７ガン（Ｍｎ）、ケイ素（
Ｓｉ）からなる群から選ばれる元素１種又は２種以上を
１５ないし５％含み残部が２％以下の不可避不純物と、
鉄（Ｆｅ）とからなり、ニッケル（Ｎｉ）又はコバルト
（Ｃｏ）が鉄（Ｆｅ）と完全合金化していなく、かつそ
の他の元素が鉄（Ｆｅ　）と混合又は部分合金化又は完
全合金化している鉄系合金粉末と黒鉛粉末と潤滑剤とを
混合する工程、 （ｎ）　　混合した粉末から密度比８ｏないし９０％の
圧粉体を成形する工程。

［相］　圧粉体を還元雰囲気中で８℃／分ないし３０℃
／分の昇温速度で加熱して８００ないし９５０℃に昇温
させ、その温度に保持したのち、５００℃までを１５℃
／分以下の冷却速度で冷却して還元処理し、還元後の圧
粉体中の酸素を０．２重量％以下、残留黒鉛をＱ、２重
量％以上、化合炭素をａ：’ｉｉｔ＊以下とする還元工
程、 ■　還元処理した圧粉体を常温にて圧縮比１．０５以上
で圧縮する工程、及び ０．）圧縮した圧粉体を１１０口ないし１１５０℃で１
０ないし２０分加熱したのち、４ｏｏ℃までを１０℃／
分以上の冷却速度で冷却する焼結工程からなることを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明の高強度焼結体の製造方法は、圧粉体を還元する
ことにょシ圧粉体を構成する粉末の表面を活性化し、そ
の後の冷間圧扁により、該表面を拡散点とさせるととも
に、部分合金化したニッケル（Ｎｉ　）又はコバル）（
Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）により形成されるオーステナイトが
冷間圧縮により加工誘起変態することによる歪活性の複
合作用を利用することにょシ、熱処理せず、かつ低温・
短時間の焼結でも高強度焼結体を得ることができるもの
でおる。

本発明の限定理由について詳細に説明する。

なお、特に記載しないかぎり、チは重量％を示す。

Ｎｔ又はＣｏは１ｃｌｂ未満では形成されるオーステナ
イトが不十分であり、６チを超えると、加工硬化のため
、圧縮比を１，０５以上とすることが困難となるので、
１ないし６％と限定した。

銅（Ｃｕ）、モリフ゛デン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、
マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）は高強度を得るため
に効果があり、上記元素から選ばれる元素１種又は２種
以上は０．５％未満では焼結体の強度向上が不十分であ
り、５％を超えると圧粉体の粉末が硬くなるため、圧縮
比を１．０５以上とすることが困難となシ、拡散点形成
及び歪活性が不十分となり、また、これらの元素は圧粉
体の還元工程において十分に還元することが難しいので
、十分に活性化することが困難となるため、０．５チな
いし５チとした。

圧粉体の密度比は、密度比８０％未満では冷間圧縮にて
歪活性が不十分で、十分な強度が得られず、密度比９０
％を超えると、還元によυ活性化した気孔が冷間圧縮に
よシ接合する度合が減少するので、十分な歪活性が得ら
れないため、８０ないし９０チとした。

還元した圧粉体中の酸素は１１２％を超えると十分に活
性化することができないため、０．，２％以下とした。

化合炭素が（Ｌ２％を超え、かつ残留黒鉛がα２％未満
では、成形体が硬くかつ黒鉛の潤滑効果が十分でないた
め、冷間圧縮で圧縮比を１．０５以上とすることが困難
となるので、化合炭素は０．２％以下、残留黒鉛は０゜
２％以上とした。

焼結は１１００℃未満、１０分未満では拡散が不十分で
高強度焼結体が得られず、１１５０℃超え、２０分超え
ても強度の向上が著しくないため、１１００℃ないし１
１５０℃で１０ないし２０分とした。

上記した条件で製造することＫより、引張り強さ７０　
即ｆ／−以上の高強度焼結体を得ることができる。

〔実施例〕

本発明を実施例によシ詳しく説明する。

実施例１ Ｎｉ２％、Ｃｕ　ｔ４　Ｔｏ、　ＭｏｃＬ４　％残部Ｆ
ｅの組成の部分合金粉とα６％の黒鉛粉と成形用潤滑剤
のステアリン酸亜鉛粉α７チとをＶ形混合機で混合し、
混合粉を得た。

次いで、この混合粉を金型成形法により成形して引張り
試験片（ＪＳＰＭ標準２−６４）形状の圧粉体を得た。

この圧粉体の密度は、＆７り／ｄ（密度比８５％）とし
た。

次に、との圧粉体を還処理した。還元処理は連続炉を用
い、分解アンモニアガスを雰囲気とし、１２℃／ｉの昇
温速度で加熱して８９０℃に昇温し、その温度で保持し
たのち、常温まで冷却した。冷却速度は５００℃までは
１０℃／ｉとした。

次いで　還元した圧粉体の表面にステアリン酸亜鉛粉末
を塗布し、常温にて圧縮比１．０７５で圧縮加工した。

この加工によって圧粉体の密度は７．２ｐ／ｄとなった
。

焼結は、圧縮加工した圧粉体を、連続炉を用いて、ブタ
ン変成ガス雰囲気（Ｃ，Ｐ＝０．６％）中で１１２０℃
の温度に１５分間保持したのち、４２０℃までを１５℃
／−の冷却速度で冷却することにより行った。

得られた焼結体を引張シ試験に供した。引張り試験はク
ロスヘッドスピード５　ｗｓ　／　ｗｘで常温にて行っ
た。結果を図に示す。

なお、還元した圧粉体を化学分析し、酸素、遊離黒鉛、
化合炭素を調べた。結果を処理条件とともに表に示した
。

実施例２ Ｎｉ＆９％、Ｃｕ１．４％、Ｍｏ（Ｌ３５％残部Ｆｅの
組成の部分合金粉と黒鉛とスリアリン酸亜鉛を実施例１
と同様の割合で実施例１と同様に混合したのち、実施例
１と同様にして成形、還元処理、圧縮加工、焼結を行っ
た。

得られた焼結体を実施例１と同様に引張り試験に供した
。結果を図に示す。

なお、還元した圧粉体を化学分析し、酸素、遊離炭素及
び化合炭素を調べ、結果を表に示した。

実施例５ Ｃｏｉ１％、Ｍｏα４チ、Ｃｒα１チ、Ｓｔα１チ残部
Ｆｅの組成の部分合金粉と黒鉛とスリアリン酸亜鉛を実
施例１と同様の割合で実施例１と同様に混合したのち、
実施例１と同様にして成形、還元処理、圧縮加工、焼結
を行った。

得られた焼結体を実施例１と同様に引張り試験に供した
。結果を図に示す。

なお、還元した圧粉体を化学分析し、酸素、遊離炭素及
び化合炭素を調べ、結果を表に示した。比較例１〜６及
び１０ 実施例１と同様の原料粉を用いて、表に示した条件で実
施例１と同様な方法で成形、還元処理、圧縮加工及び焼
結を行った。

得られた焼結体を実施例１と同様にして引張り試験した
。結果を図に示す。なお、還元した圧粉体中の酸素、遊
離炭素、化合炭素を調べ、結果を表に示した。

比較例７及び８ 実施例１と同様の原料粉を用いて、表に示した条件で実
施例１と同様な方法で成形及び焼結を行った。なお、還
元及び圧縮は行わなかった。

得られた焼結体を実施例１と同様にして引張り試験した
。結果を図に示す。

比較例９ Ｃｕ粉１．４チ、Ｍｏ粉０．４チ、黒鉛粉０．６％及び
残部純鉄粉（市販品）だステアリン酸亜鉛１８％を配合
し、Ｖ型混合機で混合した。成形、還元処理、圧縮加工
、焼結は表に示す条件で実施例１と同様な方法で行った
。

得られた焼結体を実施例１と同様にして引張シ試験した
。結果を図に示す。なお、還元した圧粉体中の酸素、遊
離炭素、化合炭素を調べ、結果を表に示した。

引張シ強さを表わす図かられかるように、実施例１〜５
は、引張シ強さがそれぞれ７１．７４、ｙ　２ｘｐｆ／
−とすべて７０ｋｆ／−以上で強度が優れている。

実施例１は、比較例８と、その組成、最終密度が同じで
あるが、引張り強さが、還元及び圧縮を行わない比較例
８よシ約２割高い値を示した。これは、本発明の製造方
法が高強度焼結体をもたらすことを示すものである。

比較例１は還元処理温度が本発明による還元温度範囲の
温度より低い条件で製造したもので、強張シ強度が５６
ＴＩｆ／−と低い値を示した。これは、表に示した還元
圧粉体の分析値かられかるように、還元処理温度が低い
ため、還元が不十分で、焼結の促進が起きていないと考
えられる。

しかし、引張り強さが５５即ｆ／−である比較例８より
引張シ強さが向上している。これは比較例１では圧縮加
工を施しているため、歪活性が生じた結果と考えられる
。

比較例２は、還元温度を本発明の還元温度範囲の温度よ
シ高い温度としだもので、引張り強り強さが６ｏｓｆ／
−と低かった。これは圧縮比１．０４で割れを生じた。

この理由としては、還元温度が高すぎるので添加した黒
鉛が粉末中に拡散し、圧粉体が硬化したと考えられる。

この理由は還元圧粉体の化学分析による化合炭素量から
も支持される。すなわち、化合炭素が０．２チを超える
と還元圧粉体が硬化し、圧縮比を１．０５以上にするこ
とが困難となり、歪活性化が不十分で、また、割れが生
じ、強度が低下する。

比較例３は、圧縮比が本発明の圧縮比１．０５以上に達
しない、１．０３のもので、歪活性化が不十分であシ、
引張り強度が５２Ｋｅｆ／−と低い値を示した。しかし
、比較例７の引張シ強度（４７１Ｃｐｆ／−）より大き
な強度を示した理由は、還元処理により活性化し、焼結
が促進されたためと考えられる。

比較例４及び５は、焼結条件が本発明の範囲外であるも
ので、還元及び圧縮による活性が効果的に起こらないた
め、引張り強度がそれぞれ３６．４０即ｆ／−と低かっ
た。

比較例６は焼結後の冷却速度が本発明の範囲外のもので
、オーステナイト組織が生長しすぎ強度の向上がわずか
となるため、引張り強度が５５ｋｆ／−と低い値を示し
た。

比較例７及び８は上記したように還元及び圧縮を行わな
かったので、引張シ強さが低かった。

比較例９はＮｉ及びｃｏを含まないもので、歪活性が起
こらないため、引張り強さが５０Ｋｐｆ／Ｈｄと著しく
低い値を示した。

比較例１０は、圧粉体の密度を本発明の範囲外の５．９
ｙ／ｌｘｌとしたもので、引張り強さが５７即ｆ／−と
低い値を示した。

以上のように実施例１〜３の焼結体は比較例１〜１０の
焼結体よシ引張り強さか１５４ｆ／ｍ以上優れている。

〔発明の効果〕

本発明の製造方法は上記したような構成としたため、高
温焼結及び熱処理を行わずに高強度の焼結体を製造する
ことができる。高温焼結を行わないため、焼結炉の傷み
が低減されるとともに、熱処理を行わないため、製造が
簡略化され、生産性が向上する。

また、本発明の製造方法によって製造された焼結体は加
工性（切削性）が良好で、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例によす製造した焼結体の引張シ強
さのグラフを表わす。 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ I ）重量比で、ニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃ
   ｏ）を１ないし６％、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）
   、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）
   からなる群から選ばれる元素１種又は２種以上を０．５
   ないし３％含み残部が２％以下の不可避不純物と、鉄（
   Ｆｅ）とからなり、ニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃ
   ｏ）が鉄（Ｆｅ）と完全合金化していなく、かつその他
   の元素が鉄（Ｆｅ）と混合又は部分合金化又は完全合金
   化している鉄系合金粉末と黒鉛粉末と潤滑剤とを混合す
   る工程、 （II）混合した粉末から密度比８０ないし９０％の圧粉
   体を成形する工程、 （III）圧粉体を還元雰囲気中で８℃／分ないし３０℃
   ／分の昇温速度で加熱して８００ないし９５０℃に昇温
   させ、その温度に保持したのち、５００℃までを１５℃
   ／分以下の冷却速度で冷却して還元処理し、還元後の圧
   粉体中の酸素を０．２重量％以下、残留黒鉛を０．２重
   量％以上、化合炭素を０．２重量％以下とする還元工程
   、 （IV）還元処理した圧粉体を常温にて圧縮比１．０５以
   上で圧縮する工程、及び （Ｖ）圧縮した圧粉体を１１００ないし１１５０℃で１
   ０ないし２０分加熱したのち、４００℃までを１０℃／
   分以上の冷却速度で冷却する焼結工程からなることを特
   徴とする高強度焼結体の製造方法。