JPS631364B2

JPS631364B2 -

Info

Publication number: JPS631364B2
Application number: JP58128737A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; Akihisa Inoe; Yoshio Harakawa
Original assignee: TEIKOKU PISUTONRINGU KK
Current assignee: TEIKOKU PISUTONRINGU KK
Priority date: 1983-07-16
Filing date: 1983-07-16
Publication date: 1988-01-12
Also published as: JPS6021361A

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 技術分野本発明は高合金鋼粉末及びこの粉末の製造方法
に関するものである。 (ロ) 従来技術粉末冶金法による焼結品中の製造において、そ
の空孔を少なくしかつその強度を高めるために微
粉末の製造が不可欠である。従来、粉末冶金用金属粉末は主として破砕法及
び水アトマイズ法により製造されている。破砕法
は、脆性金属であるマンガン、クロム、アンチモ
ン、ビスマス、コバルトの如き単一金属又は人為
的に脆化された金属である海綿鉄、電解鉄等、粒
界腐食を起こして脆くしたステンレス鋼あるい
は、本質的に脆い合金（金属間化合物、電子化合
物を含む）であるFe−Al、Fe−Al−Ti、Ni−
Al、Ni−Ti、Fe−Cr、Fe−Si等について行われ
ている。また水アトマイズ法は金属又は合金の溶
湯を水により機械的に噴霧化する方法であり、固
溶体を形成する成分範囲で甚々しく酸化性が高い
金属・合金以外に広く適用される。これらの方法
で得られた粉末の相は平衡相である。すなわち、
例えば従来のFe−Ｗ−Ｃ粉末については、α−
Fe相、M₆C等の炭化物相、など平衡状態で生成
する相である。上記従来法により製造された粉末について本発
明者は以下のような観点から基本的に検討を行つ
た。 (a) 破砕による粉末製造の容易性：従来法におい
て人為的に脆い金属である海綿鉄及び電解鉄を
作ることにより粉末冶金製品のコスト上昇の原
因となる。また、粒界腐食によつて人為的に脆
いステンレス鋼を作ると、粒界割れは結晶粒界
に沿つて起こるため、結晶粒の大きさによつて
粉末の大きさが決められ、微粉化が妨げられ
る。また、脆性相を消滅させるため脆性相を焼
結体の母相へ完全拡散合金化させないと、焼結
体の靭性が損われる危険がある。 (b) 粉末の成分均質性：高合金の場合は各種の成
分相が高合金インゴツトを形成した際に現わ
れ、かつそれが成分偏析をおこしそれを粉砕し
ても粉末粒子毎で組成の異なるものになつてい
る。また、低合金鋼の水アトマイズ粉は、
10³K／secの冷却速度で過飽和の固溶体とする
ためには、３重量％以下の合金元素量（Cr、
Mo、Si、Ｃ、Ｐ）を添加している。高Ｗ合金
鋼を水アトマイズして得た粉末はM₂₃C₆、M₆C
型炭化物が晶出した炭化物偏析の多い組織とな
つているために、均質性が劣つている。 (ハ) 発明の概要本発明者は、上述の(a)及び(b)の点を意識して超
急冷合金の研究を行つていた過程で、(a)重量比で
20.0〜35.0％のＷと、1.2〜3.5％のＣと、残部Fe
とからなる組成、及び(b)重量比で10.0〜35.0％の
Ｗと、1.2〜3.5％のＣと、5.0〜20.0％（未満）の
Cr及び2.0〜10.0％Moの少くとも１種と残部Feと
からなる組成、ならびに上記組成(a)及び(b)に、重
量比で0.1〜1.5％Si及び0.1〜2.0％Mnの少なくと
も１種を添加した組成(c)及び(d)の高合金鋼粉末
が、非平衡単一相を呈し、かつ従来の粉末の問題
点を解消することを見出して、本発明を完成し
た。さらに、本発明は上記組成(a)、(b)、(c)及び(d)の
合金を10⁴K／sec以上の冷却速度による急速凝固
により、非平衡単一結晶相を呈する高合金鋼粉末
の製造方法を提供する。 (ニ) 発明の具体的な説明以下本発明に係る高合金鋼粉末について具体的
に説明する。この高合金鋼粉末の組成(a)におい
て、W20.0〜35.0％、C1.2〜3.5％、残部Feとした
のは、この範囲外では非平衡単一相が形成されず
非品質相あるいはフエライト又はマルテンサイト
組織中にM₂₃C₆、M₆C、等の炭化物の分散した平
衡複合相が形成されるからである。本発明の高合
金鋼粉末では各粉末の組織は非平衡単一相であ
り、且つこの相は平衡状態では存在しえない相で
ある。この相は、本発明者がＸ線回折により同定
したところ、A12α−Mn型構造化合物（χ（カイ）
相）であることが、ほぼ確実になつた。本発明に
おける非平衡単一相とは、通常の溶製法による
Fe−Ｗ−Ｃ系合金或いはFe−Ｗ−Cr−Ｃ系合金
と比較するならば、これらの合金では通常マトリ
ツクス相であるフエライト又はマルテンサイト組
織に、炭化物が晶出分散した多相組織が形成され
る。ところが本発明の非平衡単一相は、フエライ
トやマルテンサイトも炭化物も構成相ではない。
なお、非晶質相は非平衡相であるが組織的には結
晶粒を構成せず、物性的には延性が高く微粉化が
困難である。上述の非平衡単一相は、組成の異なる複数の相
がFe−Ｗ−Ｃ、Fe−Ｗ−Cr（Mo）−Ｃ、Fe−Ｗ
−Si（Mn）−Ｃ、Fe−Ｗ−Cr（Mo）−Si（Mn）−Ｃ
合金中に存在せず、同一組成の結晶粒が材料中に
微細に分散しておるために数μｍの面積内におい
ても均質性を有するため、数μｍの粉末にした場
合でも均一組成の粉末が得られ粉末冶金製品の均
質性が著しく高められる点で工業的に意味があ
る。さらに、このような非平衡単一相の意義はこ
の相が非晶質材料と比較して非常に脆いために、
リボン状で得られた前記のFe−Ｗ−Ｃ合金等の
粉化が容易であり、40μｍ以下の微細な粉末を容
易に調製し得る点である。上記リボン状Fe−Ｗ
−Ｃ合金等は通常ボールミルによる搗砕法によ
り、容易に40μｍ以下に粉化される。仮に、従来
の溶製法によりFe−Ｗ−Ｃ合金を溶製し上記粒
子寸法に粉砕するとすれば多大なエネルギーと長
時間を要し、非経済的である。したがつて、本発
明の高合金鋼粉末は、従来のFe−Ｗ−Ｃ合金で
は決して得られない特色をもつている。さらに、本発明のFe−Ｗ−Ｃ合金は多元系元
素としてCr、Moの少なくとも１種かつ／または
Si、Mnの少なくとも１種の、添加元素により、
非平衡単一相形成範囲をＷの下限10.0％まで広げ
ることが可能である。非平衡単一結晶相が生成す
る範囲は、Cr5.0〜25.0％、Mo2.0〜10.0％、Si0.1
〜1.5％、Mn0.1〜2.0％である。但し、出願人の
先願（特願昭57−157987号−特開昭59−47346号）
との組成の重複を避けるため、Crは20％未満と
する。これらのCr、Mo、Si、Mnは、A12α−
Mn型化合物構造を有する結晶である非平衡単一
相中に過飽和に固溶し、粉末の焼結後の靭性、及
び強度を向上させる。本発明による高合金鋼粉末は通常の溶解・粉砕
法により得られた粉末と比較して著しく微細であ
る。一般に後者の粉末の粒径は10ミクロンを越え
るが、前者の粉末の粒径は10ミクロン未満、好ま
しくは２〜３ミクロンである。本発明による高合金鋼粉末の結晶粒は通常の光
学顕微鏡では検出されないが、リボンを薄膜に加
工し、この薄膜を透過型電子顕微鏡で観察するこ
とにより、結晶粒は明確に観察される。本発明による高合金鋼粉末の結晶粒が微細であ
るために、この粉末より作つた圧粉体を焼結する
時に、粉末粒子の結晶成長が少なく、結果として
焼結体の結晶粒は微細となる。本発明による高合金鋼粉末を上記リボンを粉砕
して調製する場合、該粉末は単結晶粉末、及び／
又は多結晶粉末を含み、さらに、粉末の表面は結
晶粒界に沿つて又は結晶粒内を横切つて伸びる二
つの場合があると考えられる。上記非平衡単一相は、上記組成の溶融合金を片
ロール法、双ロール法等により冷却速度10⁴K／
sec以上に超急冷することにより得られる。なお
冷却速度は10⁴K／sec以上で工業的に可能な範囲
で選定され特に上限はない。焼結製品製造のため
に本発明の粉末は単独で又は他の粉末と混合して
使用される。以下、本発明の実施例を説明する。実施例１金属タングステン、白銑（4.23％Ｃ）及び活性
炭を内径30mm、深さ120mmのタンマン管へ装入し、
底部から活性炭、タングステン、及び白銑の順
に、セツトし高周波溶解した。溶落後1600K溶湯
を＃４不透明石英管で吸い上げ凝固させ放冷後前
記石英管からFe−Ｗ−Ｃ母合金を取り出した。
その組成は、重量比で25.0％Ｗ、3.0％Ｃ残部Fe
であつた。次に、第１図に示す急冷装置により超
急冷を行つた。第１図において、１はヒータ、２
は底に直径0.5mmの孔のある透明石英管、３はア
ルゴンガス吹き込み装置、４は冷却ロールであ
る。母合金を10ｇｒ秤量し、1600Kの温度で底に
直径0.5mmの孔のある透明石英管２の底部よりア
ルゴンガスにより吹き出して、30ｍ／minで回転
する冷却ロール４に吹きつけ、約10⁵K／secの速
度で超急冷した。それをスタンプミルにより２時
間粉砕したところ、粒径10μｍ以下の粉末が得ら
れた。粉末をＸ線回折したところ、粉末の結晶構
造はFe−Cr−Mo合金のχ（カイ）相と同一の結
晶構造であり、非平衡単一結晶相であることを確
認した。実施例２金属タングステン、白銑（4.23％Ｃ）、金属ク
ロム、金属モリブデン、活性炭を実施例１と同様
に溶解し、Fe−Ｗ−Cr−Mo−Ｃの母合金を得
た。その組成は、重量比で10.5％Ｗ、6.5％Cr、
3.0％Mo、2.5％Ｃと、残部Feであつた。それを
実施例１と同様の超急冷装置を用いかつ同一の方
法及び条件で急速凝固し、スタンプミルにより２
時間粉砕したところ、10μｍ以下の粉末を得た。
粉末をＸ線回折したところ、粉末は非平衡単一結
晶相であることを確認した。実施例３金属タングステン、白銑（4.23％Ｃ）、金属ク
ロム、金属モリブデン、活性炭、金属シリコン、
電解マンガンを実施例１と同様に溶解し、Fe−
Ｗ−Cr−Mo−Si−Mn−Ｃの母合金を得た。そ
の組成は、重量比で11.0％Ｗ、６％Cr、５％Mo、
0.5％Si、0.5％Mn、3.0％Ｃと、残部Feであつた。
それを実施例１と同様の超急冷装置を用いかつ同
一の方法及び条件で急速凝固し、スタンプミルに
より２時間粉砕したところ、10μｍ以下の粉末を
得た。この粉末をＸ線回折したところ、非平衡単
一相であることを確認した。実施例４第１表の組成の合金溶湯について実施例１と同
様の超急冷装置を用いかつ同一の方法及び条件で
超急冷した。その結果を第１表に示す。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、急冷凝固装置の概念図。１……ヒータ、２……透明石英管、３……アル
ゴンガス加圧噴射口、４……冷却ロール。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で、20.0〜35.0％のＷと、1.2〜3.5％
のＣと、残部Feとからなる組成を有し、かつ非
平衡単一結晶相組織を有する高合金鋼粉末。２重量比で、10.0〜35.0％Ｗと、1.2〜3.5％の
Ｃと、5.0〜20.0％未満のCr及び2.0〜10.0％のMo
の少なくとも１種と、残部Feとからなる組成を
有し、かつ非平衡単一結晶相組織を有する高合金
鋼粉末。３重量比で20.0〜35.0％のＷと1.2〜3.5％のＣ
と、0.1〜1.5％のSi及び0.1〜2.0％Mnの少なくと
も１種と残部Feとからなる組成を有し、かつ非
平衡単一結晶相組織を有する高合金鋼粉末。４重量比で、10.0〜35.0％のＷと1.2〜3.5％の
Ｃと、5.0〜20.0％未満のCr及び2.0〜10.0％Moの
少なくとも１種と、0.1〜1.5％Si、及び0.1〜2.0％
Mnの少なくとも１種と、残部Feとからなる組成
を有し、かつ非平衡単一結晶相組織を有する高合
金鋼粉末。５重量比で、20.0〜35.0％のＷと、1.2〜3.5％
のＣと、残部Feとからなる組成を有する該合金
を溶解し、冷却速度、10⁴K／sec以上で急速凝固
させ、しかる後所定粒度に粉砕することを特徴と
する非平衡単一結晶相より構成される高合金鋼粉
末の製造方法。