JPS6345306A

JPS6345306A - 焼結部材の製造方法

Info

Publication number: JPS6345306A
Application number: JP18739886A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-08-09
Filing date: 1986-08-09
Publication date: 1988-02-26
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPH0610284B2

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）本発明は焼結部材の製造方法に関し、疲労強ｒＬに優れ
、機械材料として好適な鉄系焼結部材の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術）鉄系金属粉末を圧縮成形した後、１１００℃前後に加熱
することにより粉末粒子間接合を行なわしめて得られる
焼結体は多孔性であるため、非酸化性の加熱焼結炉から
大気中に取り出した場合に成形体の気孔を通じて表面か
らかなジの内部まで空気が浸入し、そのために表面部が
酸化でれたｐ脱炭される。なお、続けて鍛造を行なう場
合は、焼結体の表面部が鍛造型で冷却されて、表面部は
圧密化し難くなり、空孔を残留させ易い。即ち上記従来
の一般的な焼結体の製造方法を経て得られた焼結部材は
、その表面がポーラス層となっており、鍛造されても空
孔が多い等の欠陥が発生し易い。このため焼結部材は疲
労強度、引張強度等の機械的特性が低い等の欠点がある
。

そのため、特に疲労強度が要求逼れる焼結部材にあって
は従来、焼結体を再圧縮・再焼結し、場合により更に鍛
造を行なって組核全緻密化し、材質強化を計るのが一般
的であった。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の再圧縮・再焼結法においては
、途中、最表面部が雰囲気によって酸化されたり、或は
再圧縮金型との接触により急冷されるため、粉末粒子間
の接合が不十分となったり、粒界の一部に微細クラック
が残る等の欠陥が生じ、そのような、応力の集中しやす
い表面部の欠陥は焼結部材の疲れ強さに悪影響を与える
という問題があった。

その解決策として、例えば焼結鍛造後にもう一度加熱を
加えることにより、表面層の酸化を還元し改質する等、
種々の方法が提案されているが、多量のエネルギーを必
要としたり、生産性を悪化させたり、或はさほどの強度
向上が得られない等の問題がらり、今だ満足すべき方法
は見い出されていない。

本発明は上記問題点ＶＣ＠み為されたもので、その目的
とするところは、製造コストの上昇を招くこ゛とのない
、高い疲れ強さを示す焼結部材の製造方法を提供するこ
とである。

（問題点を解決するための手段）そのため本発明の焼結部材の製造方法は、■　鉄系金属
粉末を圧縮成形して密度比８０〜９０％の圧粉体を得る
工程、 ■　圧粉体を非酸化性８００〜１０００℃雰囲気に薗い
て得られた加熱圧粉体を圧縮して密度比９５％以上のリ
プレス体を得る工程、 ■　リプレス体を焼結して焼結体を得る工程、■　焼結
体の表面Ｍ１日以内のみを密度比９８％以上とする表面
改質工程、を順に含むことを特徴とする。

本発明方法に含まれる上記工程は、■→■→■→■の順
に行う必要がめるが、それら工程の間、或は前後に別の
工程、例えば焼結後のコイニング、サイジング、焼入れ
、溶浸等の通常焼結部材を製造するときに採用てれる工
程を含んでいてよい。特には■と■の工程の間に熱処理
工程を含むのが好ましい。

本発明の焼結部材の製造方法においては、焼結工程前の
リプレス体に、密度比９５％以上であり、その表面が圧
密化され、表面部の気孔が塞がれている。ここで、密度
比とは真密度に対する比率をいう。したがって、焼結工
程の際に、空気が圧縮底形体の内部にまで浸透する可能
性が少なくなる。このために焼結体表面部に酸化物ある
いは脱炭層ができにくくなる。このために疲労強度特注
、引張り強度特性の優れた焼結部材が製造できる。

■の工程に、鉄系金属粉末を圧縮成形用の成形型内で加
圧し、加圧力により圧密化して一定の形状を有する圧縮
成形体を得る工程である。

鉄系金属粉末としては、特に限定されるものでなく、通
常の焼結部材に使用される従来の鉄系焼結金属粉末原料
を開用することができる。より具体的には鉄粉、銅粉、
黒鉛粉末よりなる混合粉末が鉄系金属粉末原料として多
く使用されている。この他、合金化あるいは予合金化又
は予混合化した低合金鋼粉末を原料として用いる事が出
来る。たとえば市販のＡｌ５Ｉ　４１００相当やＡｌ８
Ｉ　４６００相当粉などが多る。この場合、Ｎｉ、　Ｍ
ｏ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｃ等の合金元素は強度
ノ向上に有効に作用する。銅粉の配合割合は、重ｔ％（
以下％は重量％を意味する。）で０５〜１０％、黒鉛粉
の配合量は同じり０．６〜１０％、残部鉄粉とするのが
一般的である。これに潤滑剤でおるステアリン酸亜鉛が
０．５〜１．０％添加、混粉される。

ここで、銅粉、黒鉛粉は、通常、焼結工程において鉄粉
中に固溶し、得られる焼結体の剛性、強度等を向上する
役割を果たす。

この圧粉体を得る工程は通常、常温にて行なう。圧粉体
の密度比が８０％未満の場合には、該成形体の強度が十
分でないために表面部が剥離したり、角、隅部が欠けた
りする問題が生じやすい。また、逆に圧粉体の密度比を
９０％を越えるようなものとする場合には、圧縮成形時
の圧縮力が極めて大きくなる。このために成形型の寿命
の点で不利となる。

■の工程では、上記のようにして得られた圧粉体ヲ８０
０〜１０００℃に加熱した後に、再圧縮成形し、密度比
９５％以上のリプレス体を形成する。この場合８００℃
未満であると密度比９５％以上のリプレス体を得る際の
加圧力が過大となる。又、１０００℃を越えると、２次
圧縮成形体が酸化しやすくなるし、省エネルギ化の面で
不利である。該工程は、保護雰囲気、つまり不活性ガス
雰囲気や還元性雰囲気、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気
が好ブしいが、場合によっては大気中で行なってもよい
。焼結工程を還元性雰囲気で行なえば、リプレス体が多
少酸化しても還元可能だからである。

■の焼結工程は、リプレス体を非酸化性雰囲気下で加熱
し、鉄系粉末粒子どうしを焼結して一体化する工程であ
る。焼結温度、焼結雰囲気等の条件については使用され
る鉄系金属粉末の種類により任意に選択することができ
る。雰囲気ガスとしては一般に通称ＲＸガスとして知ら
れている吸熱型のガスや通称ＡＸガスとして知られてい
る分解アンモニアガス等が好ましい。焼結温度は１１０
０〜１３００℃である。ここで１１００℃未満では焼結
不足となる。具体的には、１１５０°ＣＵ度がよく、但
しｗ４種により異なり、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系で１１２０〜
１１５０℃、４６００系で１１５０〜１２００℃、４１
００系で１２００〜１２５０℃程度がよい。焼結時間は
２０分程度がよい。

冷却工程は、従来と同様な条件で行なうことができる。

その後の■の工程における、表面に密度比９８％以上の
高密度層を形成するための手段としては、ショットピー
ニング（シミツトプラスト）が良く、その際、高密度層
の４爆を所望の厚さにする為にはショツト粒の硬さ、粒
径、材質、ショットの噴射速度、噴射角度等を適当に調
整すればよい。しかし高密度層を１ｆｉ以上の厚さに形
成すると、非常に大きなエネルギーを付加することにな
り、その残留応力に起因して、高密度表層と基地との境
に微小クランクが発生し、そこへの応力集中により疲労
強度が逆に低下するため、高密度層の厚さは１ｆｉ以内
にすることが必要である。

（実施例）以下に本発明をより良く理解できるように実施例ととも
に、比較例、性能試験も掲げて説明する。

実施例１鉄粉（ペース粉）に対し、２．５ｗｔ％の銅粉と、α６
５ｗｔ％の黒鉛粉末と、０．８ｗｔ％のステアリン酸亜
鉛粉とを配合し、これをＶ型混合機で均一に混合した。

尚これら原料粉はいずれも市販品のもので、鉄粉は還元
鉄粉、銅粉は電解銅粉、黒鉛は天然黒鉛粉である。

得られた均−混合粉末全金型により圧縮成形を行なって
、第２図（正面図、図中の数値は瓢寸法を示す）に示す
ような板状（厚さ７＋ｎ＊）の密度比８３％の圧粉体を
得た。これｆｊｒ：ＲＸガス（ブタン変成ガス）中、９
２０℃Ｘ２０分の加熱保持後、リブレス用金型にすげや
く移して圧縮し、密度比９７．１％のリプレス体とした
後、加熱炉にすばやく移し、ＲＸガス中１り３０℃×３
０分の加熱保持（焼結）を行い、冷却は９００℃から３
００℃までを一り０℃／分の速度で冷却し、第３図に示
す形状の焼結体を得た。次いで該焼結体にショットピー
ニングを施し、そのアークノ・イト量を調整することに
よって表面層０．５日以内（表面から０，３鵡深さまで
の層）の密度比を９９％に高めた試験片（実旌例品Ｉ）
を得た。

実施例２ショットピーニングによって、表面層０．６　ｍ以内の
密度比を９９％にした以外は実施例１と同様な方法によ
り実施例品■を得た。

実施例３ショットピーニングによって、表面層０．９　ｔｒｍ以
内の密度比を９９％にした以外は実施例１と同様にして
、実施例品■を得た。

実施例４実施例２の焼結工程とショットピーニング工程の間に熱
処理、すなわち真空（減圧）下にて９００℃Ｘ３０分の
加熱保持後、油焼入れを施し、次いで非酸化性雰囲気中
５５０℃×３０分の焼戻しを行う操作を加える他は実施
例２と同様にして、表面層６Ｗ以内の密度比が９９％で
ある実施例品■を得た。

比較例１ショットピーニングによって、表面ｒｒＪｉ、　２　ｗ
以内の密度比を９９％にした以外は実施例１と同様にし
て比較例品Ｉを得た。

比較例２実施例１の途中までの操作を繰り返し、同一圧粉体を得
た。これを子加熱することなく但ちに焼結させた。焼結
はＲＸガス中１１３０℃×３０分間加熱保持としたのち
、これを９２０℃に降温し、直ちにリプレス型に移して
再圧縮を行ない、密度比を９７％とした。冷却は９００
℃から３００℃までを一４０Ｖ分の冷却速度により冷却
した。

引き続いてショットピーニングを施し表面層０、６　ｔ
ｌ１以内が９９％の密度比の比較例品■を得た。

性能試験上述の如くして得られた実施例品Ｉ〜■及び比較例品１
．Ｉｔについて、引張強度と疲れ強さく疲労強度）を測
定した。引張試験は万能試験機を用い、クロスヘッドス
ピード２慣／分にて行なった。疲労試験はシェンク式板
曲げ疲労試験機によｐ行い、８−Ｎ線図を作成し、疲れ
限度（疲れ強さ）を求めた。結果を第１図に示す。

該図から判るように引張強度については各例品ともきわ
たった差は見られないが、一方、疲労強度については、
実施例品が比較例品に比べ格段に優れている。

実施例品１−１と比較例品Ｉはショットピーニングによ
り高密度（密度比９９％）表面層の厚さを０．３〜’ｔ
２ｍの間で変化嘔せたものであρ、ＣＬ３〜０．９１１
１１の範囲では、その層厚とともに疲れ限度が効果的に
上昇するが、高密度層が１２ｍ（比較例品Ｉ）になると
疲れ限度は逆に低くなっておシ、この値はショットピー
ニング加工を施さなかった別の試験片の疲れ限度２６　
Ｋｇ　ｆ　７１１１ｍ２をも下まわっており、高密度層
の付与にも適性範囲のめることが判る。

比較例品■は、従来一般に多用されている方法で得られ
た焼結体にショットピーニングを施したものに相当する
が、該品の表面層には酸化や焼結不良部が発生している
ため、ショッｌｔ−加える前の疲れ限度１９Ｋｇｆ／■
２から比べて僅か２に９ｆ／Ｗ１１２Ｌか向上効果が計
れていない。一方、この比較例品■と岡−厚さの高密度
層（α６■）を有する実施例品Ｈの疲れ限度は３４　Ｋ
ｐ　ｆ　７ｗｍ２であり、それのショット前の疲れ限度
２６Ｋｐｆ／Ｗ２に比べ、８　Ｋ４ｆ　７ｍ”も向上し
ている。

即ち本発明方法は従来法に比べ、焼結後のショットピー
ニングの効果を大幅に向上させえたものであり、換言す
れば従来より極めて少ないショク）ｆｉｔで従来と同等
の疲れ限度向上を計ることができる。

また実施例品■と実施例品■との比較から、焼結工程と
ショットピーニング工程の間に焼入れ、焼戻しを行なえ
ば良い結果が得られることが判る。

（発明の効果）以上、詳細に述べたことからも判るように、本発明の焼
結部材の製造方法によれば、機械的強度、特に疲労強度
が格段に向上した焼結部材を提供することができる。

そのような部材を、例えば自動車のエンジン、動力伝達
部、懸架装置等に使用することにより、その使用寿命を
大幅に伸ばすことができる。

本発明方法は、従来用いられていた焼結設備をそのまま
使用でき、従来よりも省エネルギー、省力的に焼結部材
の強度向上を計ることができ、また疲れ限度が増したこ
とで焼結部材を、より生産性の劣る方法で作られた鍛造
品や鋳造品に替えて使用できることになるため、コスト
低減効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図に本発明方法の実施例、並びに比較例によって得
られた各焼結部材の引張強度と疲労強度の測定試験結果
を示すグラフ、第２図及び第３図はそれぞれ一実施例の途中において得
られた圧粉体及び焼結体を示す正面１２１である。特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社ほか２名牙１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄系金属粉末を圧縮成形して密度比８０〜９０％
の圧粉体を得る工程、圧粉体を非酸化性８００〜１００
０℃雰囲気中に置いて得られた加熱圧粉体を圧縮して密
度比９５％以上のリプレス体を得る工程、リプレス体を
焼結して焼結体を得る工程、焼結体の表面層１ｍｍ以内
のみを密度比９８％以上とする表面改質工程を順に含む
ことを特徴とする焼結部材の製造方法。
（２）焼結体を得る工程と、表面改質工程との間に熱処
理工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の方法。