JPS6364483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高強度焼結部品用の合金鋼粉に関
し、とくに焼結機械部品の原料鋼粉として安価で
しかも高強度を有利に実現し得る合金鋼粉を提案
しようとするものである。 周知のとおり、粉末冶金技術の進歩によつて焼
結部品の適用分野が拡大し、それに伴つて原料粉
末も従来の純鉄粉を主体としたものに加えて、合
金鋼粉が併用されるようになつてきた。この合金
鋼粉は、通常水アトマイズ―ガス還元法によつて
製造されるが、かような合金鋼粉が開発されたこ
とによつてはじめて、それまでの純鉄粉に合金元
素を混合添加する方式では困難であるとされた高
強度の焼結部品が得られるようになつた。 ところでこの種の合金鋼粉に要求される基本条
件は、次の４点に要約される。 (1) 原料粉末が安価であること。 (2) 部品成形時の圧縮性が優れていること。 (3) 部品焼結時に特殊な雰囲気が不要であるこ
と。 (4) 焼結体の機械的強度が大きいこと。 従来は上記の条件のうちとくに(3)および(4)に主
眼をおいて鋼粉の開発が進められ、2Ni―0.5Mo
や1.5Ni―0.5Cu―0.5Moなどの合金鋼粉が報告さ
れている。しかしながらこれらの合金鋼粉は、比
較的合金量が高いため、原料コストが嵩むと同時
に鋼粉が硬くなる不利があり、このため上掲条件
のうち(1)と(2)については十分満足されているとは
言い難かつたのである。 なお、従来の合金鋼粉は、焼結後に改めて鍛造
を行ういわゆる焼結鍛造の実施を前提にしている
場合が多く、従つて焼結体のまま熱間成形などを
施すことなしに製品とする分野では、新たな合金
設計が必要と考えられていたのである。 そこで発明者らは、焼結後に改めて鍛造などを
施す必要なしに上掲した４つの条件全てを満足す
る合金鋼粉を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、
試行錯誤の末ついにこの発明を完成させるに至つ
たのである。 すなわち、この発明は、NiおよびCuを、Ni：
0.4〜1.3重量％（以下単に％で示す）、Cu：0.2〜
0.5％でかつNi＋Cu：0.6％以上、1.5％未満の範
囲において含有し、さらにMo：0.1〜0.3％を含
み、残余は不可避混入量をそれぞれ0.02％以下に
制限したＣ、0.1％以下に制限したSi、0.21％以下
に制限したMnおよび0.01％以下に制限したＮな
らびに実質的にFeの組成になることを特徴とす
る、高強度焼結部品用の合金鋼粉（第１発明）で
ある。 またこの発明は、上記の成分組成になる鋼粉に
対し、フエロりん粉を、混合粉全体のＰ含有量が
0.05〜0.6％となる範囲において添加配合した、
高強度焼結部品用の合金鋼粉（第２発明）であ
る。 ここに第１発明は、焼結体にその後に熱処理を
施して使用する場合にとりわけ優れた特性が得ら
れ、一方第２発明の鋼粉は、焼結体のまま使用す
る場合にも有利に適合するものである。 以下この発明において、成分組成を上記のとお
りに限定した理由について説明する。 Ni：0.4〜1.3％、Cu：0.2〜0.5％ でかつNi＋Cu：0.6％以上、1.5％未満 NiおよびCuはいずれも、Fe基地に固溶して焼
結体を強化するのに有効に寄与する。しかしなが
らその合計量が0.6％未満ではその効果に乏しい
ので少くとも0.6％以上が必要であり、またNiと
Cuの合計量を1.5％未満に制限した場合に、合金
元素の添加によつて鋼粉が硬化して圧縮性が劣化
する程度を最小限に抑えることができるので、
Ni＋Cuは0.6％以上，1.5％未満の範囲に限定し
た。この場合、添加元素としては、NiよりもCu
の方が安価であるから同一のNi＋Cu量にあつて
はできる限りCuを積極的に添加し、Ni量を低減
させた方が有利である。ただしCu量が0.2％未満
では添加の効果が極めて小さく、逆に0.5％を超
えて添加してもそれ以上にNiを置き換える効果
は薄くなるから、Cuは0.2〜0.5％の範囲に限定し
た。一方Niは、Cuよりも高価であるが、焼結体
の靭性を向上させるのに有用な元素であり、その
効果に鑑みてNi量の下限は0.4％とした。またNi
＋Cu：1.5％未満、Cu：0.2％以上とした前記条件
から、Ni量の上限は1.3％と定めた。 Mo：0.1〜0.3％ Moは、Fe基地に固溶して焼結体を強化すると
共に、硬質炭化物を形成して焼結体の強度および
硬度を向上させ、さらには焼入性を改善させる元
素として欠くことができない。その添加量は効果
から鑑みて0.1％以上を必要とし、一方0.3％を超
えると圧縮性および原料コストの面から好ましく
ないので、Mo含有量の範囲は0.1〜0.3％に限定
した。 Ｃ：0.02％以下、Ｎ：0.01％以下 次にＣおよびＮはいずれも、鋼粉の圧縮性に悪
影響を与えるので可能な限り低く抑えることが望
ましいが、それぞれＣ：0.02％以下、Ｎ：0.01％
以下程度なら許容できる。 Si：0.1％以下 Siは、鋼粉の圧縮性に悪影響を与えるととも
に、安価な炭化水素変成ガス（RXガス）などで
焼結を行なう場合に選択酸化され易く、焼結体強
度に悪影響を及ぼすので、この発明では0.1％以
下に限定した。 Mn：0.21％以下 Mnは、一般に焼入性向上元素として知られて
いるが、粉末冶金ではとくに安価な炭化水素変成
ガス（RXガス）などで焼結を行う場合に選択酸
化され易く、焼結体強度に悪影響を及ぼすので、
この発明では0.21％以下に限定した。 上述した成分組成範囲を満足させることによつ
て、前掲した４つの条件全てを満足する優れた合
金鋼粉が得られる。すなわちこの発明に従う合金
鋼粉は、その合金量の占める割合は従来の合金鋼
粉に比べてかなり低いので、鋼粉コスト及び圧縮
性の面で優れているのはいうまでもなく、さらに
後述の実施例からも明らかなように、焼鈍時に特
殊な雰囲気を必要とすることもなく、しかも熱処
理後の焼結体強度、靭性は従来の合金鋼粉を用い
た場合に較べて格段に向上するのである。 ところで焼結部品には、焼結後に熱処理などを
施すことなくそのまま用いられるものもあるが、
その場合には、上に述べた組成になる合金鋼粉に
フエロりん粉を少量添加配合した混合粉とするこ
とが、強度の改善にとつて極めて有効であること
が明らかにされたのである。すなわち上述組成の
合金鋼粉に対して、フエロりん粉を、全体のＰ含
有量が0.05〜0.6％となる範囲において添加配合
した混合粉とすることによつて、従来の如き合金
量の多い合金鋼粉よりも安価で、しかもそれ以上
の焼結強度が得られることが判明したのである。 ここでＰを予め鋼粉の合金成分とせずに、フエ
ロりん粉の形で添加するのはつぎの理由による。
すなわち、Ｐを予合金として含有させると鋼粉が
硬くなつて圧縮性が低下するからであり、またり
ん粉単味で混合添加するとRXガス中での焼結時
に酸化し易いためである。 かような添加Ｐは、Fe基地に固溶して焼結体
を強化すると共に、焼結体の空孔を球状化させる
効果があり、靭性の向上に寄与する。ただし混合
粉全体におけるＰの含有量が、0.05％未満ではそ
の添加効果に乏しく、一方0.6％を超えて添加し
てもそれ以上の効果が望めないばかりか、Ｐが粒
界に析出してかえつて靭性を劣化させるきらいに
あるので、Ｐの含有量は0.05〜0.6％の範囲に限
定した。 以下この発明の実施例について説明する。 表１に示した成分組成になる発明鋼粉（No.１，
２）および従来鋼粉（No.３）を溶製し、それぞれ
タンデイツシユの溶湯ノズルから流出させなが
ら、150Kg／cm²の高圧水で噴霧し、ついで脱水、
乾燥したのち分解アンモニアガス中で1000℃，
90minの仕上還元を施した。その後得られたケー
キをハンマーミルで解砕し、80メツシユ以下にふ
るい分けた。それぞれの粉体特性を表２に示す。

【表】

【表】 次に表２に示した各鋼粉をそれぞれ原料として
以下の要領で焼結体を作成した。 それぞれの鋼粉に、黒鉛粉：0.5％、ステアリ
ン酸亜鉛：1.0％を加え、6t／cm²の圧力で成形し
て圧粉体とした。ついで圧粉体をRXガス中600
℃で30min加熱してステアリン酸亜鉛を揮散させ
たのち、同一ガス中で1150℃、60minの焼結を施
した。引続き得られた焼結体を、Arガス中800℃
で30min間加熱してから、60℃の油中に焼入し、
ついで170℃、90minの焼戻し処理を施した。 表３に鋼粉それぞれの圧粉密度と、熱処理後の
焼結体の機械的性質について調べた結果を示す。

【表】 ＊ ノツチなし
表３に示した成績から明らかなように、この発
明に従う合金鋼粉は、従来の合金鋼粉に較べて、
圧縮性ならびに熱処理後の焼結体の強度および靭
性とも優れている。しかも合金組成からみてこの
発明の合金鋼粉がきわめて安価に製造し得ること
を考え併せると、この発明の有効性は明らかであ
る。 次に、前掲表１，２に示したNo.２の合金鋼粉に
対し、粒度―325メツシユでＰ含有量27％のフエ
ロりん粉を、粉全体のＰ含有量が0.4％となる量
添加した合金鋼粉No.４につき、上述した実験例に
準じて、黒鉛粉、ステアリン酸亜鉛を加え、つい
で成形、焼結処理を施して焼結体を得た。 表４に、圧粉密度と焼結体の機械的性質につい
て調べた結果を示す。なお表４には、従来鋼粉No.
３について同様の処理を施して得た焼結体の特性
について調べた結果も併記した。

【表】 ※ ノツチなし
表から明らかなように、フエロりん粉の添加に
より（発明鋼粉No.４）、高い圧縮性が得られるだ
けでなく、従来鋼粉（No.３）に比し、焼結のまま
での強度および靭性に優れた合金鋼粉を得ること
ができた。 以上述べたようにこの発明によれば、高強度焼
結部品用の原料鋼粉として要求される４つの基本
条件の全てを兼ね備えた合金鋼粉を得ることがで
き、有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ NiおよびCuを、 Ni：0.4〜1.3重量％、 Cu：0.2〜0.5重量％でかつ Ni＋Cu：0.6重量％以上、1.5重量％未満の範囲
   において含有し、さらに Mo：0.1〜0.3重量％ を含み、残余は不可避混入量をそれぞれ 0.02重量％以下に制限したＣ、 0.1重量％以下に制限したSi、 0.21重量％以下に制限したMnおよび 0.01重量％以下に制限したＮ ならびに実質的にFeの組成になることを特徴と
   する、高強度焼結部品用の合金鋼粉。 ２ NiおよびCuを、 Ni：0.4〜1.3重量％、 Cu：0.2〜0.5重量％でかつ Ni＋Cu：0.6重量％以上、1.5重量％未満の範囲
   において含有し、さらに Mo：0.1〜0.3重量％ を含み、残余は不可避混入量をそれぞれ 0.02重量％以下に制限したＣ、 0.1重量％以下に制限したSi、 0.21重量％以下に制限したMnおよび 0.01重量％以下に制限したＮ ならびに実質的にFeの組成になる鋼粉に対し、
   フエロりん粉を、混合粉末全体のＰ含有量が0.05
   〜0.6重量％となる範囲において添加配合したこ
   とを特徴とする、高強度焼結部品用の合金鋼粉。