JPS63297509A - 焼結鍛造方法 - Google Patents
焼結鍛造方法Info
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- JPS63297509A JPS63297509A JP13703087A JP13703087A JPS63297509A JP S63297509 A JPS63297509 A JP S63297509A JP 13703087 A JP13703087 A JP 13703087A JP 13703087 A JP13703087 A JP 13703087A JP S63297509 A JPS63297509 A JP S63297509A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
Ｒ服の貝仰
（産業上の利用分野］
本発明は、機械構造用部品を製造するための焼結鍛造方
法の改良に関する。 ［従来の技術］ 機械構造用の焼結部品は、一般に、低炭素鋼粉末を室温
でプレス成形して部品の形状を与え、これを焼結する方
法により製造されている。 この製法で１ｑた製品は、
理論密度比が８０〜９６％と低くて多孔質なため靭性に
とぼしく、低強度で足りる部品にしか使用できない。 高い強度をもつ部品を製造するひとつのすぐれた方法と
して、焼結鍛造法が行なわれるようになった。 この方
法は、室温で合金鋼粉末をプレス成形して中間製品形状
をもつプリフォームをつくり、これを予備焼結したのち
、温間または熱間で型内＠造することからなる。 この
プロセスに従えば、理論密度比９９％以上の高密度製品
が得られる。 しかし、焼結鍛造法にも弱点がある。 そのひとつは粉
末の成形に困難が伴うことであって、合金鋼粉末は硬く
て常温では成形性が低いため、ガス噴霧法で１ｑられる
ような球状粉末では成形できず、水噴霧法で得られる不
規則形状の粉末を原料にしなければならない。 ところ
が水噴霧法では、鋼粉末の表面酸化がさけられず、成形
前に炭素還元または真空加熱還元などの還元処理を施す
必要がある。 従って、焼結鍛造法に使用する合金鋼粉末としては、高
価でも酸化皮膜の還元が比較的容易なＮｉ −ＭＯ鋼が
選ばれることが多い。 廉価なＭｎ −Ｃｒ ｌｉｌを
使用できれば好都合でおるが、これは酸化皮膜が安定で
還元されにくいため、すぐれた焼結部品が製造できない
。 もうひとつの問題は、成形にフローティングダイ成形の
可能な、複動式の粉末専用油圧プレスを使用しなければ
ならないことである。 この種のプレス装置は、動作が
遅いため作業能率が低く、しかも構造が複雑なため高価
である。 このように、従来の焼結鍛造法は、高価な原料および装
置の使用を余儀なくされ、製品コストの低減を図ること
は困難であった。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、高価な原料や設備を使用する必要なく
焼結鍛造を行ない、高品質で安価な焼結部品を製造する
方法を提供することにおる。 発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の焼結鍛造方法は、下記の諸工程からなる。 ｉ） 合金鋼の粉末に合成樹脂バインダーを添加して混
練したものを型に入れ、プレス成形してプリフォームを
１ｑること、 ｉｉ） このプリフォームを非酸化性雰囲気で２０分
以上、１５０〜３５０℃の温度に加熱した後、５分以上
、７００〜１２００℃の温度に保持すること、および ｉｉｉ） ７００〜９００℃で仕上げ鍛造すること。 合金鋼の粉末は、ガス噴霧法により製造された球形のも
のを使用できる。 合成樹脂バインダーは、生伍でそのはたらきをするよう
、常温の混線時はなるべく低粘度の液体であって、加熱
により固化する熱硬化性樹脂系ポリマーが好適である。 合成樹脂バインダーの添加量は、合金鋼粉末の３〜１５
容量％が適当である。 合金鋼粉末とバインダーの混練に際して、金属石鹸、た
とえばステアリン酸亜鉛のような潤滑剤を適量添加して
もよい。 前記工程１１）から工程ｉｉｉ）に移るには、湿度条件
によってはそのまま、または若干冷却して移行してもよ
いし、いったん室温まで冷却してから再度７００〜９０
０℃に加熱して行なってもさしつかえない。 ［作 用］ バインダーは、プレス成形において合金鋼粉末の粒子間
の潤滑作用をしてプレスを容易にする。 潤滑剤の存在は、それを助ける。 いったんプリフォー
ムを成形したのちは、粒子間を結合してプリフォームの
形状維持のはたらきをする。 これによって粉末成形性
の悪い粉末も使用可能となり、原料粉末を水噴霧法によ
り製造したものに限定する必要がなくなる。 バインダーの使用量は、少ないと成形したプリフォーム
の強度が弱く、多いと鋼粉末の充填密度が低くなる上に
バインダーを除去するのにエネルギーを多く消費するの
で、合金鋼粉末に対し３〜１５容量％の範囲でえらぶの
が好ましい。 ■程ｉｉ〉においてプリフォームを１５０〜３５０℃の
温度に２０分以上保持することによって、その中のバイ
ンダーを熱分解し、揮散させて除去する。 分解生成物
の一部は炭化してタールないしピッチ状の物質として残
り、引き続き合金鋼粉末の結合を維持する。 保持温度が低いとバインダーの揮散速度が遅く、除去に
長時間を要するので、１５０℃以上に加熱する。 また
３５０℃を超える高い温度では、バインダーの熱分解が
急激すぎタールないしピッチ状物の残存量が増加し、次
工程の焼結を妨げる。 工程ｉｉ）の後半すなわち７００〜１２００’Ｃで５分
以上保持することによって、プリフォームは予備焼結さ
れ、それとともに工程ｉｉ）の前半でプリフォーム中に
残されたタール−ピッチ状物が除去される。 タール−
ピッチ状物はほとんど炭素であるから、その大部分はＣ
ＯまたはＣＯ２として揮散するが、一部はマトリックス
中にとけ、ｃｒなとの炭化物形成元素と結合して、冷却
時に微細炭化物として析出する。 この炭化物は、強度
の向上に寄与するが過大になると、かえって靭性を低下
させてしまう。 工程ｉｉｉ）の仕上げ鍛造を７００〜９００℃の温間領
域で行なうことにより、鍛造材の表面酸化が少なくてす
み、表面肌が美麗で寸法精度のよい製品ができる。
法の改良に関する。 ［従来の技術］ 機械構造用の焼結部品は、一般に、低炭素鋼粉末を室温
でプレス成形して部品の形状を与え、これを焼結する方
法により製造されている。 この製法で１ｑた製品は、
理論密度比が８０〜９６％と低くて多孔質なため靭性に
とぼしく、低強度で足りる部品にしか使用できない。 高い強度をもつ部品を製造するひとつのすぐれた方法と
して、焼結鍛造法が行なわれるようになった。 この方
法は、室温で合金鋼粉末をプレス成形して中間製品形状
をもつプリフォームをつくり、これを予備焼結したのち
、温間または熱間で型内＠造することからなる。 この
プロセスに従えば、理論密度比９９％以上の高密度製品
が得られる。 しかし、焼結鍛造法にも弱点がある。 そのひとつは粉
末の成形に困難が伴うことであって、合金鋼粉末は硬く
て常温では成形性が低いため、ガス噴霧法で１ｑられる
ような球状粉末では成形できず、水噴霧法で得られる不
規則形状の粉末を原料にしなければならない。 ところ
が水噴霧法では、鋼粉末の表面酸化がさけられず、成形
前に炭素還元または真空加熱還元などの還元処理を施す
必要がある。 従って、焼結鍛造法に使用する合金鋼粉末としては、高
価でも酸化皮膜の還元が比較的容易なＮｉ −ＭＯ鋼が
選ばれることが多い。 廉価なＭｎ −Ｃｒ ｌｉｌを
使用できれば好都合でおるが、これは酸化皮膜が安定で
還元されにくいため、すぐれた焼結部品が製造できない
。 もうひとつの問題は、成形にフローティングダイ成形の
可能な、複動式の粉末専用油圧プレスを使用しなければ
ならないことである。 この種のプレス装置は、動作が
遅いため作業能率が低く、しかも構造が複雑なため高価
である。 このように、従来の焼結鍛造法は、高価な原料および装
置の使用を余儀なくされ、製品コストの低減を図ること
は困難であった。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、高価な原料や設備を使用する必要なく
焼結鍛造を行ない、高品質で安価な焼結部品を製造する
方法を提供することにおる。 発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の焼結鍛造方法は、下記の諸工程からなる。 ｉ） 合金鋼の粉末に合成樹脂バインダーを添加して混
練したものを型に入れ、プレス成形してプリフォームを
１ｑること、 ｉｉ） このプリフォームを非酸化性雰囲気で２０分
以上、１５０〜３５０℃の温度に加熱した後、５分以上
、７００〜１２００℃の温度に保持すること、および ｉｉｉ） ７００〜９００℃で仕上げ鍛造すること。 合金鋼の粉末は、ガス噴霧法により製造された球形のも
のを使用できる。 合成樹脂バインダーは、生伍でそのはたらきをするよう
、常温の混線時はなるべく低粘度の液体であって、加熱
により固化する熱硬化性樹脂系ポリマーが好適である。 合成樹脂バインダーの添加量は、合金鋼粉末の３〜１５
容量％が適当である。 合金鋼粉末とバインダーの混練に際して、金属石鹸、た
とえばステアリン酸亜鉛のような潤滑剤を適量添加して
もよい。 前記工程１１）から工程ｉｉｉ）に移るには、湿度条件
によってはそのまま、または若干冷却して移行してもよ
いし、いったん室温まで冷却してから再度７００〜９０
０℃に加熱して行なってもさしつかえない。 ［作 用］ バインダーは、プレス成形において合金鋼粉末の粒子間
の潤滑作用をしてプレスを容易にする。 潤滑剤の存在は、それを助ける。 いったんプリフォー
ムを成形したのちは、粒子間を結合してプリフォームの
形状維持のはたらきをする。 これによって粉末成形性
の悪い粉末も使用可能となり、原料粉末を水噴霧法によ
り製造したものに限定する必要がなくなる。 バインダーの使用量は、少ないと成形したプリフォーム
の強度が弱く、多いと鋼粉末の充填密度が低くなる上に
バインダーを除去するのにエネルギーを多く消費するの
で、合金鋼粉末に対し３〜１５容量％の範囲でえらぶの
が好ましい。 ■程ｉｉ〉においてプリフォームを１５０〜３５０℃の
温度に２０分以上保持することによって、その中のバイ
ンダーを熱分解し、揮散させて除去する。 分解生成物
の一部は炭化してタールないしピッチ状の物質として残
り、引き続き合金鋼粉末の結合を維持する。 保持温度が低いとバインダーの揮散速度が遅く、除去に
長時間を要するので、１５０℃以上に加熱する。 また
３５０℃を超える高い温度では、バインダーの熱分解が
急激すぎタールないしピッチ状物の残存量が増加し、次
工程の焼結を妨げる。 工程ｉｉ）の後半すなわち７００〜１２００’Ｃで５分
以上保持することによって、プリフォームは予備焼結さ
れ、それとともに工程ｉｉ）の前半でプリフォーム中に
残されたタール−ピッチ状物が除去される。 タール−
ピッチ状物はほとんど炭素であるから、その大部分はＣ
ＯまたはＣＯ２として揮散するが、一部はマトリックス
中にとけ、ｃｒなとの炭化物形成元素と結合して、冷却
時に微細炭化物として析出する。 この炭化物は、強度
の向上に寄与するが過大になると、かえって靭性を低下
させてしまう。 工程ｉｉｉ）の仕上げ鍛造を７００〜９００℃の温間領
域で行なうことにより、鍛造材の表面酸化が少なくてす
み、表面肌が美麗で寸法精度のよい製品ができる。
３０Ｍ４ｉｌｌ （Ｃｒ−ＭＯ）のガス噴霧粉（１００
メツシユアンダー）に１１ｆｆｉ％のアクリル樹脂バイ
ンダーを加え、３０分間ミキサーで混練した。 第１図
に示すように所定量の混線材料１をナックスジョイント
プレスにセットしたプリフォーム成形用金型に入れ、第
２図のように成形して、プリフォームを得た。 プレス
圧力は６ＯＮｇｆ／ｍ、 プリフォームの形状は第２
図に断面図を、第３図に底面図を示すとおりである。 このプリフォームをＡｒ−３％Ｈ２の混合ガス雰囲気炉
で３００℃に３０分間加熱してバインダーを分解連敗さ
せ、ついで同じ炉内においたまま温度を８００℃に高め
て６０分間加熱することにより予備焼結した。 前記のプレスの金型を傘歯車鍛造用のものと交換し、第
４図にみるようにプリフォームをセットした。 金型の
平面は、第６図のとおりである。 直ちに第５図のように鍛造し、第７図に示すような傘歯
車をつくった。 鍛造圧力１４０Ｋｇｆ／Ｍ。 鍛造に先立って、パンチおよびダイの表面に、グラファ
イト粉末と鉱油を混合した潤滑剤を塗布しておいた。 ｊｑられた傘歯車のＪ Ｉｓ （８１７０４）による歯
形精度は４〜５級、理論密度比は９９．１％であった。 比較のため、上記と同じ操作で得たプリフォームを加熱
してバインダーを分解除去したものを、同じ混合ガス雰
囲気炉で１１５０℃に３０分間加熱して予価焼結し、た
だちに６５句ｆ／＃２の圧力で傘歯車に熱間鍛造した。 鍛造品はを１ノンドブラストによりデスケーリングし
てから冷間鍛造用金型を用いて空温で仕上げ鍛造をした
。 最後に８５０℃で６０分間焼鈍した。 この傘歯車の歯形精度は３〜４級で、理論密度比は９９
．４％であった。 及Ｉｐ四ス 本発明の方法によれば、成形原料とする合金鋼の成形性
が低くても支障はなく、形状が球に近いガス噴霧粉も使
用できる。 ガス噴霧法による合金鋼粉末の製造は粉末
の表面酸化が少なく、還元処理を省略するか、または軽
微な処理ですまぜることができ、従って原料費を低減す
ることができる。 プリフォームの形成に油圧プレスを使う必要はなくなり
、汎用のメカニカルプレスによる粉末成形装置を使って
実施できるため、作業効率が高く、しかも設漏費が低く
て足りる。 製品の表面肌は美麗で、寸法精度がよく、多くの場合は
そのまま使用できる。 仕上げを要するとしても、簡単
な研摩程度でよい。
メツシユアンダー）に１１ｆｆｉ％のアクリル樹脂バイ
ンダーを加え、３０分間ミキサーで混練した。 第１図
に示すように所定量の混線材料１をナックスジョイント
プレスにセットしたプリフォーム成形用金型に入れ、第
２図のように成形して、プリフォームを得た。 プレス
圧力は６ＯＮｇｆ／ｍ、 プリフォームの形状は第２
図に断面図を、第３図に底面図を示すとおりである。 このプリフォームをＡｒ−３％Ｈ２の混合ガス雰囲気炉
で３００℃に３０分間加熱してバインダーを分解連敗さ
せ、ついで同じ炉内においたまま温度を８００℃に高め
て６０分間加熱することにより予備焼結した。 前記のプレスの金型を傘歯車鍛造用のものと交換し、第
４図にみるようにプリフォームをセットした。 金型の
平面は、第６図のとおりである。 直ちに第５図のように鍛造し、第７図に示すような傘歯
車をつくった。 鍛造圧力１４０Ｋｇｆ／Ｍ。 鍛造に先立って、パンチおよびダイの表面に、グラファ
イト粉末と鉱油を混合した潤滑剤を塗布しておいた。 ｊｑられた傘歯車のＪ Ｉｓ （８１７０４）による歯
形精度は４〜５級、理論密度比は９９．１％であった。 比較のため、上記と同じ操作で得たプリフォームを加熱
してバインダーを分解除去したものを、同じ混合ガス雰
囲気炉で１１５０℃に３０分間加熱して予価焼結し、た
だちに６５句ｆ／＃２の圧力で傘歯車に熱間鍛造した。 鍛造品はを１ノンドブラストによりデスケーリングし
てから冷間鍛造用金型を用いて空温で仕上げ鍛造をした
。 最後に８５０℃で６０分間焼鈍した。 この傘歯車の歯形精度は３〜４級で、理論密度比は９９
．４％であった。 及Ｉｐ四ス 本発明の方法によれば、成形原料とする合金鋼の成形性
が低くても支障はなく、形状が球に近いガス噴霧粉も使
用できる。 ガス噴霧法による合金鋼粉末の製造は粉末
の表面酸化が少なく、還元処理を省略するか、または軽
微な処理ですまぜることができ、従って原料費を低減す
ることができる。 プリフォームの形成に油圧プレスを使う必要はなくなり
、汎用のメカニカルプレスによる粉末成形装置を使って
実施できるため、作業効率が高く、しかも設漏費が低く
て足りる。 製品の表面肌は美麗で、寸法精度がよく、多くの場合は
そのまま使用できる。 仕上げを要するとしても、簡単
な研摩程度でよい。
図面は、いずれも本発明の詳細な説明するものである。
第１図および第２図は、プリフォームの成形工程にある
成形機の断面図であって、第１図は金型に混線材料を入
れた状態を、第２図はプレス成形を行っている状態を、
それぞれ示す。 第３図は得られたプリフォームの底面図である。 第４図および第５図は、仕上げ鍛造の工程におる鍛造機
の断面図でおって、第４図は金型にプリフォームをセッ
トした状態を、第５図は鍛造を行っている状態をそれぞ
れ示す。 第６図は、鍛造金型の平面図である。 第７図は、製造された焼結鍛造傘歯車の底面図である。 １・・・合金鋼粉末とバインダーとの混線材料２・・・
プリフォーム ３・・・焼結鍛造傘歯車 ５・・・プリフォーム成形機 ５１・・・パンチ ５２・・・ダ イ５３・・
・ノックアウトビン ６・・・仕上げ鍛造機 ６１・・・パンチ ６２・・・仕上げ鍛造ダイ
６３・・・ノックアウトピン６４・・・山形部特許出願
人 大同特殊鋼株式会社 代理人 弁理士 須 賀 総 夫 第３図 第４図 第５図
成形機の断面図であって、第１図は金型に混線材料を入
れた状態を、第２図はプレス成形を行っている状態を、
それぞれ示す。 第３図は得られたプリフォームの底面図である。 第４図および第５図は、仕上げ鍛造の工程におる鍛造機
の断面図でおって、第４図は金型にプリフォームをセッ
トした状態を、第５図は鍛造を行っている状態をそれぞ
れ示す。 第６図は、鍛造金型の平面図である。 第７図は、製造された焼結鍛造傘歯車の底面図である。 １・・・合金鋼粉末とバインダーとの混線材料２・・・
プリフォーム ３・・・焼結鍛造傘歯車 ５・・・プリフォーム成形機 ５１・・・パンチ ５２・・・ダ イ５３・・
・ノックアウトビン ６・・・仕上げ鍛造機 ６１・・・パンチ ６２・・・仕上げ鍛造ダイ
６３・・・ノックアウトピン６４・・・山形部特許出願
人 大同特殊鋼株式会社 代理人 弁理士 須 賀 総 夫 第３図 第４図 第５図
Claims (5)
- （１）下記の諸工程からなる焼結鍛造方法 ｉ）合金鋼の粉末に合成樹脂バインダーを添加して混練
したものを型に入れ、プレス成形してプリフォームを得
ること、 ｉｉ）このプリフォームを、非酸化性雰囲気で２０分以
上、１５０〜３５０℃の温度に加熱した後、５分以上、
７００〜１２００℃の温度に保持すること、および、 ｉｉｉ）７００〜９００℃の温度で仕上げ鍛造すること
。 - （２）合金鋼粉末としてガス噴霧法により製造したもの
を使用する特許請求の範囲第１項の焼結鍛造方法。 - （３）合成樹脂バインダーとして、常温では液状であつ
て加熱により固化する熱硬化性樹脂系ポリマーを使用す
る特許請求の範囲第１項の焼結鍛造方法。 - （４）合成樹脂バインダーを合金鋼粉末の３〜１５容量
％添加して実施する特許請求の範囲第１項の焼結鍛造方
法。 - （５）前記工程ｉ）において、潤滑剤をも添加して混練
する特許請求の範囲第１項の焼結鍛造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13703087A JPS63297509A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 焼結鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13703087A JPS63297509A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 焼結鍛造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63297509A true JPS63297509A (ja) | 1988-12-05 |
Family
ID=15189206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13703087A Pending JPS63297509A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 焼結鍛造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63297509A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0819441B2 (ja) * | 1989-06-02 | 1996-02-28 | ブラゼル，グレゴリー・エム | 熱硬化性バインダ及び所望の化学的性質を有する粉末の混合物より成形された部材を形成する方法 |
| JP2011089192A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Hitachi Powdered Metals Co Ltd | 微小歯車の粉末成形体成形方法 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP13703087A patent/JPS63297509A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0819441B2 (ja) * | 1989-06-02 | 1996-02-28 | ブラゼル，グレゴリー・エム | 熱硬化性バインダ及び所望の化学的性質を有する粉末の混合物より成形された部材を形成する方法 |
| JP2011089192A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Hitachi Powdered Metals Co Ltd | 微小歯車の粉末成形体成形方法 |
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