JPS63140003A - 焼結特殊鋼製品の製造方法 - 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」 本発明は窒化鋼、ダイス鋼、特殊工具鋼、刃物鋼、耐熱
鋼、高速度工具鋼、冷間工具鋼、熱間工具鋼、超弾性鋼
、高張力鋼、軸受鋼、バネ鋼、ケイ素鋼、合金工具鋼、
機械構造用合金鋼、機械構造用炭素鋼、クロームモリブ
デン鋼、ニッケルクローム鋼、ニッケルクロームモリブ
デン鋼、クロームモリブデン鋼等の特殊鋼および各種サ
ーメットをパウダー材より所定形状の製品に製造する焼
結特殊鋼製品の製造方法に関する。

「従来の技術」 従来、特殊鋼は該特殊鋼に用いる複数個の金属材料、例
えば、Ｆｅ，　Ｃ，Ｍｏ，Ｗ，ｃｏ、Ｖ。

Ｔｉ，Ｏｒ等の金属合金材料は該金属材料間の親和力が
弱いため、溶解して製造しなければ製造することが不可
能であった。

例えば、ＪＩＳ規格Ｓ　Ｋ　Ｄ　１１種を例にとると、
この鋼種の球形パウダーの親和力を助長し、固相焼結を
円滑かつ完全な一体製品のＳ　Ｋ　０　１１種の製品を
得るには露点で一１０度以下の超乾燥環境が必要で有り
、現在の技術では、この超乾燥環境を安定的に作り出し
、保持することは不可能で有り、合金拡散は完全にでき
ない。

このため、特殊鋼をブルーム、ビレット、スラブ状に形
成し／，−後、圧延工程、切削加工や塑性加工、研摩加
工等によって所定の製品形状に加工しなければならず、
加工に手数がかかるとともに、材料自体にファイバー性
が加わり、材料の縦と横の比強度に相当な差が発生し、
熱処理加工時の製品の割れや、歪み、撓み変形の原因と
なり、コスト高となる欠点があった。

また、本発明に似た工法を用いた金属粉末にワックスや
プラスチックを加えた射出成形法による一連の工程で得
られる製品の材質は金属がＦｅパウダーのみの製品やＮ
ｉパウダーを天場に含んだ金属合金のみで、ＪＩＳ，Ｄ
ＩＮまたはＳＡＥやＡＩＳＩ規格品に該当するものは、
わずかにＳＵＳ　３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等、所望天吊
の含ニツケル合金のみで有り、本方法のように全特殊鋼
にわたって製品を製造するのは現状では不可能で有った
。

また焼結に要する所要時間が炉内の製品をセットし、昇
温スタートからスイッチオフまで、４０時間以上が条件
として設定されており、生産性自体に問題があった。

「本発明の目的」 本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、特殊鋼を構成
するパウダーより、所定の製品形状に成形された焼結特
殊鋼製品を低コストで、比較的容易に即ち、球体金属表
面に親和力の強いコートによって、従来不可能とされて
いた乾燥露点−７０度以下という高マイナス露点環境を
必要とせず、通常の真空炉または不活性ガス炉での通常
−５０度前後の乾燥マイナス露点で十分に固相拡散し、
従って真空炉または不活性ガス炉にいれて、焼結合金拡
散するまでの生産性を決定する条件となる時間も２０時
間以下で！ｌ！造することのできる焼結特殊鋼製品の製
造方法を得るにある。

「本発明の目的を達成するための手段」本発明は特殊鋼
をパウダー状にした後、その表面に乾式コート法あるい
は湿式コート法によって親和力の強い金属をコートする
コート工程と、このコート工程でコートされたパウダー
に所定量のバインダーを混合して成形パウダーを形成す
る成形パウダー形成工程と、この成形パウダー形成工程
で形成された成形パウダーを射出成形あるいはプレス成
形によって所定形状の成形品に成形する成形工程と、こ
の成形工程で成形された成形品からバインダーを除去す
るバインダー除去工程と、このバインダー除去工程を経
たものを焼結する焼結工程とを含むことを特徴としてい
る。

「本発明の実施例」 以下、図面に示す実施例により、本発明の詳細な説明す
る。

第１図ないし第４図の実施例において、１００はインゴ
ットに形成された窒化鋼、ダイス鋼、特殊工具鋼、刃物
鋼、耐熱鋼、高速度工具鋼、冷間工具鋼、熱間工具鋼、
超弾性鋼、高張力鋼、軸受鋼、バネ鋼、ケイ素鋼、合金
工具鋼、機械構造用合金鋼、機械構造用炭素鋼、クロー
ムモリブデン鋼、ニッケルクローム鋼、ニッケルクロー
ムモリブデン鋼、クロームモリブデン鋼等の特殊鋼１０
１を１００ミクロン以下のパウダー１０２にした後、そ
の表面にＰＶＤ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ、
　　リング法等の乾式コート法、あるいは無電解、電解
メッキ法等の湿式コート法等のコート法１００Ｃによっ
て親和力の強い金属をコートするコート工程で、このコ
ート工程１００でパウダー１０２の表面にコートされる
親和力の強い金属はニッケル、アルミ、ニッケルクロー
ム、コバルト、ニッケルコバルト、クローム、スズ等が
用いられ、その膜厚は１００オングストロームから数ミ
クロンに形成される。

１０３は前記コート工程１００でコートされたパウダー
１０４に所定量のバインダー１０５を混合して成形パウ
ダー１０６を形成・する成形パウダー形成工程で、この
成形パウダー形成工程１０３で使用されるバインダー１
０５はオレフィン系樹脂や高分子等が用いられる。

１０７は前記成形パウダー形成工程１０３で形成された
成形パウダー１０６を所定の製品形状の成形品１０８に
成形する成形工程で、この成形工程１０７は真空射出成
形装置１０９を用いて行なう。

１１０は前記成形工程１０７で成形された成形品１０８
からバインダー１０５を除去するバインダー除去工程で
、このバインダー除去工程１１０は約２０℃から４００
℃の加熱炉１１１内に成形品１０８を所定時間入れて行
なう。

なお、この加熱炉１１１内での成形品１０８の処理時間
は、該成形品の大きさや形状等によって、十分バインダ
ーが除去される時間が設定される。

１１２は前記バインダー除去工程１１０を経た、脱バイ
ンダーされた成形品１１３を焼結する焼結工程で、この
焼結工程１１２は真空炉１１４あるいはアルゴン、窒素
、水素等の不活性ガス雰囲気炉で約１２００℃以上の加
熱を所定時間かけて露点は一５０度前後で行なう。

また、この焼結中は、例えば７３２℃の脱炭ソーク後４
０Ｋ　Ｈｚないしそれ以上の超音波撮動をかけながら行
なうこともできる。このため、脱バインダーされた形成
量１１３は超音波振動様１１５上にのせて行なう。

この超音波撮動を適宜還元リークしながら断続的に与え
ながらの焼結によって、パウダーのパーティクルサイズ
が従来の条件とされている、直径が５〜６ミクロンでな
くてそれ以上、大きくても１００ミクロン以下の均一な
パーティクルサイズの球形パウダーであれば気泡脱気さ
れ、高真密度の製品に仕上がる。

前記真空射出成形装置１０９は、第２図ないし第４図に
示すように構成されたものが使用される。

すなわち、第２図および第４図において、１１は金型フ
レームで、この金型フレーム１１は一対の所定間隔離間
されて配置された固定板１２．１２Ａと、これらの固定
板１２．１２Ａ間に配置され、該固定板１２．１２Ａを
固定する複数個、本実施例では４個の支持棒１３と、前
記固定板１２の内壁面に固定された固定金型１４と、前
記支持棒１３に支持され移動可能な前記固定金型１４と
型締め型開き可能に備えられた可動金型１５と、前記固
定金型１４と可動金型１５との間に成形品１０８を形成
できるように形成され、かつ型開き時に形成量１０８が
可動金型１５側に付着するキャビティ１６と、このキャ
ビティ１６内に供給路１７を介してバインダーが混合さ
れた成形パウダー１０６を正大供給する、従来のプラス
チック成形機に用いられているものと同じ構造の供給装
置１９と、前記キャビティ１６内を型締め時に真空にす
る真空装置２０と、型開き時に前記可動金型１５に付着
した成形品１０８を該可動金型１５より外す成形品外し
装置２２と、前記可動金型１５を型締め型開き方向に移
動させる可動金型作動機構２３とから構成されている。

前記成形品外し装置２２は、前記可動金型１５と一体に
作動する作動板１５Ａに取付けられた油圧シリンダー２
４と、この油圧シリンダー２４の作動杆２５に取付けら
れた押出し板２６と、この押出し板２６に後端部が取付
けられ、先端部が前記可動金型１５に形成された前記キ
ャビティ１６内と連通ずる押出しビン挿入孔２７に挿入
された押出しビン２８とから構成されているｂ 前記真空装置２０は、前記固定板１２．１２Ａ間を密閉
状態に覆う密閉カバー２９と、この密閉カバー２９内の
空気を外部へ排出するバキュームポンプ３０とから構成
されている。

前記可動金型作動機構２３は、前記固定板１２に密閉状
態で取付けられた前記可動金型１５と一体に作動する作
動板１５Ａに作動杆３１の先端部が取付けられた油圧シ
リンダー３２で形成されている。

なお、この可動金型作動機構２３は従来のように、可動
金型をリンク機構を介して油圧シリンダーで型締め型開
き方向に作動させるものを用いても良い。

また、前記密閉カバー２９には可動金型１５より押出さ
れた成形品１０８を収納する収納室３３が形成されると
ともに、該収納室３３の下端部に密閉状態で閉じること
のできる開閉蓋３４を備えた開口部３５が形成されてい
る。

上記構成の射出成形装置３は可動金型作動機構２３の油
圧シリンダー３２の作動によって、可動金型１５を固定
金型１４に所定の押し圧力によって押し圧する。この時
、真空装置２０のバキュームポンプ３０が作動している
ので、密閉カバー２９内やキャビティ１６内は真空状態
になっている。

この状態で、供給装置１９が作動して、供給路１７を介
してキャビティ１６内に所定温度に加熱されたバインダ
ーが混合された成形パウダー１０６を圧入して成形品１
０８を形成する。

しかる後、可動金型作動機構２３の油圧シリンダー３２
の作動によって可動金型１５を固定金型１・１より離し
て型開きを行なう。この時、キャビティ１６内で成形さ
れた成形品１０８は可動金型１５に付着した状態になっ
ているので、成形品外し装置２２の油圧シリンダー２４
が作動して、押出し板２６の油圧シリンダー２４が作動
して、押出し板２６を可動金型１５方向へ移動させる。

この押出し板２６の移動によって押出しビン２８も同方
向に移動し、成形品１０８を可動金型１５より外す方向
に押出し、下部へ脱落させる。

しかる後、成形品外し装置２２の油圧シリンダー２４の
作動により、押出し板２６および押出しビン２８が元の
位置に戻る。

以降は、前述の作業を順次繰返して成形品１０８を射出
成形する。なお、収納室３３内に成形品１０８が所定量
たまった所で開閉１３４を開放して、成形品１０８を外
部に取出した後、開閉蓋３４を閉じ開口部３５を密閉す
る。この時、射出成形作業を中断する。

「本発明の異なる実施例」 次に第５図および第６図に示す本発明の異なる実施例に
つき説明する。なお、これらの実施例の説明に当って、
前記本発明の実施例と同一構成部分には同一符号を付し
て重複する説明を省略する。

第５図の実施例において、前記本発明の実施例と主に異
なる点は、特殊鋼を構成する複数個の金属パウダー、例
えば、Ｆｅパウダー１１７、Ｃパウダー１１８、Ｍｏパ
ウダー１１９、Ｗパウダー１２０１ＣＯパウダー１２１
、■パウダー１２２、Ｏｒパウダー１２３等の表面にそ
れぞれ乾式コート法あるいは湿式コート法等のコート法
１００Ｃによって親和力の強い金属をコートするコート
工程１００Ａと、このコート工程１００Ａでコートされ
た複数個のコートパウダー　１１７ａ　、　　１１８ａ
　、　　１１９ａ　、　　１２０ａ　、　　１２１ａ、
１２２ａ、１２３ａ等を所定量の配分で混合するととも
に、所定量のバインダー１０５を混合して、成形パウダ
ー１０６Ａを形成する成形パウダー形成工程１０３Ａと
で、成形パウダー１０６Ａを形成した点で、このような
工程を用いても同様に実施することができる。

第６図の実施例において、前記本発明の実施例と主に異
なる点は、焼結工程１１２後にコイニングプレス等の後
加工工程１２４を行なった点で、このように後加工工程
１２４を行なうことにより、製品精度の向上を図ること
ができる。

なお、前記本発明の実施例では成形工程１０７を射出成
形装置を用いて行うものに付いて説明したが、本発明は
これに限らず、簡単な形状の製品を形成する場合にはプ
レス成形によって成形しても良い。

「本発明の実験例」 実験例１ 構造用合金鋼（Ｊ’　Ｉ　Ｓ規格ＳＮ０Ｍ４３９）を平
均粉粒径が３〜８ミクロンのパウダー状にした後、親和
力の強い金属としてニッケルを無電解メッキ法によって
コート工程１０３を行い、ニッケルのコート被膜が１．
５〜２ミクロンで表面積平均が０．５ＴＩｔ／ｇｒ以下
となるようにパウダー１０２を形成した。

しかる後、パウダー１０２が２０００Ｏｒ、バインダー
１０５としてパラフィンワックス１００ｇｒ　、アイオ
ノマー５０ｇｒおよびポリブチレンテレフタレート２０
ｇ　ｒまたは温間水溶性樹脂を混合し、パウダー１０２
の表面積を前記バインダー１０５が完全に包み込むよう
に１５０℃で１時間以上の混合作業を行い成形パウダー
１０６を形成した。

しかる後、成形パウダー　１０６を射出成形法によって
、直径が２５Ｍの棒状の機械強度試験用の製品形状の成
形品１０８に形成した。

次に成形品１０ｇを水素ガス炉で６時間かけて融点が４
０℃のアイオノマーを室温から　１４０℃まで、昇温し
、１４０℃の温度で５時間保持して除去し、さらに５時
間かけてポリブチレンテレフタレート、温間水溶性樹脂
およびパラフィンワックスを除去するために２２０℃ま
で昇温し８時間保持した後、スイッチオフして、除冷を
２〜３時間か（プて行い、脱バインダ一工程１１０を行
った。

この脱バインダ一工程１１０を行った成形品１０８を８
０℃十平均室温の不活性炉内に置き、真空とした後、ア
ルゴンガス３０％と水素ガス７０％の混合不活性ガスを
用いて、分速２℃にて７３２℃に至るまで５時間余りか
けて昇渇し、７３２℃で４時間保持する。さらに３０分
間で９５４℃まで昇温し、９５４°Ｃで還元リークを４
時間行い、その後１２５０℃まで３０分間で昇温し、焼
結ソータの為３時間保持した後、８８０℃まで２時間か
け、続いて６００℃まで３時間かけて下げ、さらに不活
性炉をスイッチオフにして、１００℃以下となるまで炉
内放冷し、焼結工程１１２を行った。

このようにして製造された焼結構造用合金！ｌ製品は焼
結時の露点はパウダーにニッケルコートし、これをバイ
ンダーとするので、親和力も強く、露点を水素ガス７０
％、アルゴンガス３０％によって−７０℃以下とづる必
要がなく、製品は金属間化合物を生成したり、金属化合
物や金属酸化物となることなく、バランスのとれたＪ　
Ｉｓ、　ＳＮＣＭ　４３９の焼結構造用合金鋼製品とな
ったいた。

次に構造用合金鋼のＪＩＳに基く熱処理、すなわち、焼
入れ８５０℃を３０分保持し、焼戻し６００℃で油冷を
行うと、焼結構造用合金鋼製品の■降伏点Ｋｇ　ｆ　／
ｍｍ　２（Ｎ　／ｍｍ　”）　ハ９６、■引張す検査に
９ｆ／ｍｍ２（Ｎ／ＩＩＩＩＩ１２）ハ１１５、■伸ヒ
（％Ｈ，ｔ２１、■絞り（％）は４９、■衝撃試験（３
号試験片）衝撃値（シャルピー）　ｋ（Ｉｆ　ｍ／ｃｄ
　（Ｊ／ｃ１ｉ）は８、■硬さＨＢは３１０であり、Ｊ
ＩＳ規格のＳＮ０Ｍ４３９と同等であった。

「本発明の効果」 以上の説明から明らかなように本発明にあっては次に列
挙する効果がある。

（１）特殊鋼をパウダー状にした後、その表面に乾式コ
ート法あるいは湿式コート法によって親和力の強い金属
をコートするコート工程と、このコート工程でコートさ
れたパウダーに所定量のバインダーを混合して成形パウ
ダーを形成覆る成形パウダー形成工程と、この成形パウ
ダー形成工程で形成された成形パウダーを射出成形ある
いはプレス成形によって所定形状の成形品に成形する成
形工程と、この成形工程で成形された成形品からバイン
ダーを除去するバインダー除去工程と、このバインダー
除去工程を経たものを焼結する焼結工程とからなるので
、−７０度以上の超マイナス露点や４０時間以上の焼結
工程を経ず真密度９６％以上の特殊鋼の製品を射出成形
によって製造することができる。したがって、加工が容
易で、コストの低減を図ることができる。

（２）前記（１）によって、特別な装置を用いることな
く、従来の装置で製造できるので、容易に製造すること
ができる。

（３）前記（１）によって、特殊鋼の製品を低コストで
製造できるので、特殊鋼の利用分野を拡大することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程図、第２図ないし
第４図は真空射出成形装置の説明図、第５図および第６
図は本発明の異なる実施例を示す工程図である。 １００．１００Ａ　：コート工程、 １０１：特殊鋼、　　　　　１０２：パウダー、１０３
．１０３Ａ　：成形パウダー形成工程、１０４：コート
されたパウダー、 １０５：バインダー、 １０６．１０６Ａ　：成形パウダー、 １０７：成形工程、　　　　１０８：成形品、１０９：
真空射出成形装置、 １１０：バインダー除去工程、 １１１：加熱炉、　　　　　１１２：焼結工程、１１３
：脱バインダーされた射出成形品、１１４：真空炉、　
　　　　１１５：超音波振動機、１１６：トレイ。 特　　許　　出　　願　　人 藤　　好　　克　　聡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特殊鋼をパウダー状にした後、その表面に乾式コー
   ト法あるいは湿式コート法によつて親和力の強い金属を
   コートするコート工程と、このコート工程でコートされ
   たパウダーに所定量のバインダーを混合して成形パウダ
   ーを形成する成形パウダー形成工程と、この成形パウダ
   ー形成工程で形成された成形パウダーを射出成形あるい
   はプレス成形によつて所定形状の成形品に成形する成形
   工程と、この成形工程で成形された成形品からバインダ
   ーを除去するバインダー除去工程と、このバインダー除
   去工程を経たものを焼結する焼結工程とを含むことを特
   徴とする焼結特殊鋼製品の製造方法。 ２）特殊鋼は窒化鋼、ダイス鋼、特殊工具鋼、刃物鋼、
   耐熱鋼、高速度工具鋼、冷間工具鋼、熱間工具鋼、超弾
   性鋼、高張力鋼、軸受鋼、バネ鋼、ケイ素鋼、合金工具
   鋼、機械構造用合金鋼、機械構造用炭素鋼、クロームモ
   リブデン鋼、ニッケルクローム鋼、ニッケルクロームモ
   リブデン鋼、クロームモリブデン鋼、各種サーメット等
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焼
   結特殊鋼製品の製造方法。 ３）特殊鋼は１００ミクロン以下のパウダーに形成する
   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
   載の焼結特殊鋼製品の製造方法。 ４）親和力の強い金属はニッケル、アルミ、ニッケルク
   ローム、コバルト、ニッケルコバルト、クローム、スズ
   等であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第３項いずれかに記載の焼結特殊鋼製品の製造方法。 ５）乾式コート法はＰＶＤ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、
   スパッタリング法等であり、湿式コート法は無電解ある
   いは電解メッキ法等であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第４項いずれかに記載の焼結特殊鋼製
   品の製造方法。 ６）パウダーにコートする膜厚は１００オングストロー
   ムから数ミクロンであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第５項いずれかに記載の焼結特殊鋼製品
   の製造方法。 ７）バインダーはオレフィン系樹脂、温間水溶性樹脂や
   石油系・天然系ワックス等の高分子等を１種類あるいは
   数種類用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第６項いずれかに記載の焼結特殊鋼製品の製造方法
   。 ８）成形工程は通常の射出成形装置あるいは真空射出成
   形装置によって行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第７項いずれかに記載の焼結特殊鋼製品の
   製造方法。 ９）バインダー除去工程は約摂氏２０℃から４００℃の
   間で適宜昇温加熱と適宜温度保持とを行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第８項いずれかに記
   載の焼結特殊鋼製品の製造方法。 １０）焼結工程は約８０℃＋室温から各特殊鋼ごとの表
   面酸化から還元温度や合金拡散温度等の適宜昇温加熱と
   適宜温度保持時間を経て各特殊鋼ごとの適正焼結温度点
   に至り、さらに完全な焼結合金体となるまで、真空ある
   いは不活性ガス雰囲気中で約４０ＫＨｚから１００ＫＨ
   ｚの超音波振動をかけながら行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第９項いずれかに記載の焼結
   特殊鋼製品の製造方法。 １１）特殊鋼を構成する複数個の金属パウダーの表面に
   それぞれ乾式コート法あるいは湿式コート法によって親
   和力の強い金属をコートするコート工程と、このコート
   工程でコートされた複数個の金属パウダーを所定量の配
   分で混合するとともに、所定量のバインダーを混合して
   成形パウダーを形成する成形パウダー形成工程と、この
   成形パウダー形成工程で形成された成形パウダーを射出
   成形あるいは温間プレス成形によって所定形状の成形品
   に成形する成形工程と、この成形工程で成形された成形
   品からバインダーを除去するバインダー除去工程と、こ
   のバインダー除去工程を経たものを焼結する焼結工程と
   を含むことを特徴とする焼結特殊鋼製品の製造方法。