JPWO2017043094A1 - Method for producing mixed powder for powder metallurgy, method for producing sintered body, and sintered body - Google Patents

Method for producing mixed powder for powder metallurgy, method for producing sintered body, and sintered body Download PDF

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Abstract

Niを含まないにもかかわらず、Niを含有する場合と同等以上の優れた引張強さおよび靭性を有する焼結体を得ることができる粉末冶金用混合粉末を提供する。
鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末とする第1の混合工程と、前記原料混合粉末を熱処理することにより、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuを拡散付着させて部分拡散合金鋼粉とする拡散付着工程と、前記部分拡散合金鋼粉に、黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末とする第2の混合工程とを有する粉末冶金用混合粉末の製造方法であって、前記鉄基粉末の平均粒径が30〜120μmであり、前記Cu含有粉末として亜酸化銅粉を使用し、前記粉末冶金用混合粉末の成分組成を、Mo:0.2〜1.5mass%、Cu:0.5〜4.0mass%、C:0.1〜1.0mass%、ならびに残部のFeおよび不可避不純物からなる成分組成とする、粉末冶金用混合粉末の製造方法。
Provided is a powder mixture for powder metallurgy that can obtain a sintered body having an excellent tensile strength and toughness equivalent to or higher than that of the case of containing Ni, although it does not contain Ni.
A first mixing step in which an iron-based powder is mixed with a Mo-containing powder and a Cu-containing powder to form a raw material mixed powder, and heat treatment of the raw material mixed powder diffuses Mo and Cu on the surface of the iron-based powder. A mixed powder for powder metallurgy comprising: a diffusion adhesion step for adhering to a partially diffused alloy steel powder; and a second mixing step for mixing the partially diffused alloy steel powder with graphite powder to obtain a mixed powder for powder metallurgy. In the production method, the iron-based powder has an average particle size of 30 to 120 μm, cuprous oxide powder is used as the Cu-containing powder, and the component composition of the powder metallurgy mixed powder is Mo: 0.2 -1.5mass%, Cu: 0.5-4.0mass%, C: 0.1-1.0mass%, and the manufacturing method of the mixed powder for powder metallurgy made into the component composition which consists of remainder Fe and an unavoidable impurity .

Description

本発明は、粉末冶金用混合粉末の製造方法に関し、特に、Niを含有しないにもかかわらず自動車用高強度焼結部品等の製造に適した特性を有する粉末冶金用混合粉末を製造する方法に関する。また、本発明は、焼結体の製造方法および前記製造方法によって得られる焼結体に関する。   The present invention relates to a method for producing a powder mixture for powder metallurgy, and more particularly, to a method for producing a powder mixture for powder metallurgy having characteristics suitable for the production of high-strength sintered parts for automobiles, etc., despite not containing Ni. . Moreover, this invention relates to the sintered compact obtained by the manufacturing method of the sintered compact, and the said manufacturing method.

粉末冶金技術は、複雑な形状の部品を、製品形状に極めて近い形状(いわゆるニアネット形状)で、しかも高い寸法精度で製造することができる。よって、粉末冶金技術を用いて部品を作製すると、大幅な切削コストの低減が可能となる。このため、粉末冶金技術を適用した粉末冶金製品は、各種の機械用部品として、多方面に利用されている。   The powder metallurgy technique can manufacture a component having a complicated shape in a shape very close to a product shape (so-called near net shape) and with high dimensional accuracy. Therefore, if a part is produced using powder metallurgy technology, the cutting cost can be greatly reduced. For this reason, powder metallurgy products to which powder metallurgy technology is applied are used in various fields as various machine parts.

かかる粉末冶金技術には、鉄基粉末が主に用いられる。鉄基粉末は、成分に応じて、鉄粉(例えば純鉄粉等)や、合金鋼粉等に分類される。また、鉄基粉末は、その製法に基づいて、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等に分類される。そして、製造方法による分類を用いる場合、鉄粉は、純鉄粉のみならず合金鋼粉を含む広い意味で用いられる。   For such powder metallurgy, iron-based powders are mainly used. Iron-based powders are classified into iron powder (for example, pure iron powder), alloy steel powder, and the like depending on the components. Iron-based powders are classified into atomized iron powder, reduced iron powder, and the like based on the production method. And when using the classification | category by a manufacturing method, iron powder is used by the wide meaning containing not only pure iron powder but alloy steel powder.

粉末冶金技術においては、上記のような鉄基粉末を用いて成形体を作製し、該成形体を焼結することによって焼結体が製造される。前記成形体は、一般に、鉄基粉末に、Cu粉・黒鉛粉などの合金用粉末と、ステアリン酸、ステアリン酸リチウム等の潤滑剤を混合して混合粉としたのち、これを金型に充填して加圧成形することによって製造される。   In the powder metallurgy technique, a sintered body is manufactured by producing a molded body using the iron-based powder as described above and sintering the molded body. The molded body is generally mixed with iron-based powder, alloy powder such as Cu powder and graphite powder, and a lubricant such as stearic acid and lithium stearate, and then filled into a mold. Then, it is manufactured by pressure molding.

ここで、通常の粉末冶金工程で得られる成形体の密度は、6.6〜7.1 Mg/m3程度である。これら成形体は、その後の焼結処理によって焼結体となり、さらに必要に応じてサイジングや切削加工が行われて、粉末冶金部品(部品)とされる。また、さらに高い強度が必要な場合は、焼結後に浸炭熱処理や光輝熱処理が行われることもある。Here, the density of the molded body obtained by a normal powder metallurgy process is about 6.6 to 7.1 Mg / m 3 . These molded bodies are converted into sintered bodies by a subsequent sintering process, and further subjected to sizing and cutting as necessary to form powder metallurgy parts (parts). When higher strength is required, carburizing heat treatment or bright heat treatment may be performed after sintering.

最近では、部品の小型化、軽量化のために、粉末冶金部品の強度の向上が強く要望されている。特に、鉄基粉末から造られる鉄基粉末部品(鉄基焼結体)に対する高強度化の要求が強い。   Recently, there has been a strong demand for improving the strength of powder metallurgy parts in order to reduce the size and weight of the parts. In particular, there is a strong demand for higher strength for iron-based powder parts (iron-based sintered bodies) made from iron-based powders.

ここで、鉄基粉末としては、主として、原料粉(純鉄粉)に合金元素を加えた以下の粉末が知られている;
(1)純鉄粉に各合金元素粉末を配合した混合粉、
(2)各合金元素と純鉄粉を完全に合金化した予合金鋼粉、
(3)純鉄粉や予合金鋼粉の表面に各合金元素粉末を部分的に付着拡散させた部分拡散合金鋼粉(複合合金鋼粉ともいう)。
Here, as the iron-based powder, mainly the following powders obtained by adding alloy elements to raw powder (pure iron powder) are known;
(1) Mixed powder in which each alloy element powder is mixed with pure iron powder,
(2) Pre-alloyed steel powder in which each alloy element and pure iron powder are completely alloyed,
(3) Partial diffusion alloy steel powder (also referred to as composite alloy steel powder) in which each alloy element powder is partially adhered and diffused on the surface of pure iron powder or pre-alloy steel powder.

上記(1)の混合粉は、純鉄粉並みの高圧縮性を有するという利点を有している。しかし、焼結時に、各合金元素がFe中に十分に拡散せずに不均質組織となり、その結果、最終的に得られる焼結体の強度が劣る場合があった。また、合金元素としてMn、Cr、V、およびSiなどを用いる場合、これらの元素はFeに比べてより容易に酸化されるため、焼結時に酸化を受けて、最終的に得られる焼結体の強度が低下するという問題があった。前記酸化を抑制し、焼結体を低酸素量化するためには、焼結時の雰囲気や、焼結後に浸炭を行う場合には浸炭雰囲気中のCO2濃度や露点を、厳密に制御する必要がある。このために、上記(1)の混合粉は、近年の高強度化の要求に対応できず、使用されない状態に至っている。The mixed powder (1) has the advantage of having high compressibility comparable to that of pure iron powder. However, at the time of sintering, each alloy element does not sufficiently diffuse into Fe to form a heterogeneous structure, and as a result, the strength of the finally obtained sintered body may be inferior. Also, when Mn, Cr, V, Si, etc. are used as alloy elements, these elements are oxidized more easily than Fe, so that the sintered body finally obtained by oxidation during sintering There was a problem that the strength of the steel was lowered. In order to suppress the oxidation and reduce the oxygen content of the sintered body, it is necessary to strictly control the atmosphere during sintering and, when carburizing after sintering, the CO 2 concentration and dew point in the carburizing atmosphere. There is. For this reason, the mixed powder of the above (1) cannot meet the recent demand for higher strength and has not been used.

上記(2)の予合金鋼粉を用いれば、合金元素の偏析を完全に防止できるため、焼結体の組織を均一化できる。そのため、焼結体の機械的特性が安定することに加えて、Mn、Cr、VおよびSiなどを合金元素として使用する場合であっても、合金元素の種類と量を限定することによって、焼結体の低酸素量化を達成できる。しかし、予合金鋼粉は、溶鋼をアトマイズして製造されるため、溶鋼のアトマイズ工程での酸化と完全合金化による鋼粉の固溶硬化を生じ易く、その結果、プレス成形の際に圧粉体の密度が上がりにくいという問題があった。   If the prealloyed steel powder (2) is used, segregation of the alloy elements can be completely prevented, so that the structure of the sintered body can be made uniform. Therefore, in addition to stabilizing the mechanical properties of the sintered body, even when Mn, Cr, V, Si, etc. are used as alloy elements, by limiting the type and amount of alloy elements, It is possible to achieve a low oxygen content in the body. However, since prealloyed steel powder is manufactured by atomizing molten steel, it tends to cause solid solution hardening of the steel powder due to oxidation and complete alloying in the atomizing process of the molten steel. There was a problem that the density of the body was difficult to increase.

上記(3)の部分拡散合金鋼粉は、純鉄粉や予合金鋼粉に各合金元素の金属粉末を配合し、非酸化性または還元性の雰囲気の下で加熱して、前記純鉄粉や予合金鋼粉の表面に前記金属粉末を部分的に拡散接合して製造される。そのため、部分拡散合金鋼粉を用いることにより、上記(1)の鉄基混合粉や上記(2)の予合金鋼粉の問題を回避しつつ、上記(1)の鉄基混合粉および上記(2)の予合金鋼粉の利点を得ることができる。   The partially diffused alloy steel powder of (3) above is a mixture of pure iron powder or pre-alloyed steel powder with metal powder of each alloy element, heated in a non-oxidizing or reducing atmosphere, In addition, the metal powder is partially diffusion bonded to the surface of the prealloyed steel powder. Therefore, by using the partial diffusion alloy steel powder, while avoiding the problem of the iron-based mixed powder of (1) and the pre-alloyed steel powder of (2), the iron-based mixed powder of (1) and the above ( The advantage of the prealloyed steel powder of 2) can be obtained.

すなわち、部分拡散合金鋼粉を用いることにより、低酸素量化と、純鉄粉並みの高圧縮性とを両立させることができる。さらには、焼結体の組織を、完全合金相と部分的な濃化相とからなる複合組織とすることも可能なため、焼結体の強度がさらに向上する。それ故、部分拡散合金鋼粉は、近年の部品の高強度化の要求に対応することが可能であり、その開発が広く行われている。   That is, by using partially diffused alloy steel powder, it is possible to achieve both low oxygen content and high compressibility comparable to pure iron powder. Furthermore, since the structure of the sintered body can be a composite structure composed of a complete alloy phase and a partially concentrated phase, the strength of the sintered body is further improved. Therefore, the partially diffused alloy steel powder can meet the recent demand for higher strength of parts, and its development is widely performed.

上記部分拡散合金鋼粉の製造に一般的に用いられている基本的な合金成分としては、NiおよびMoが挙げられる。   Ni and Mo are mentioned as a basic alloy component generally used for manufacture of the said partial diffusion alloy steel powder.

Niは、焼結体の靭性を向上させる効果を有している。これは、Niの添加により、オーステナイトが安定化され、その結果、より多くのオーステナイトが焼入れ後もマルテンサイトへ変態せずに残留オーステナイトとして残るためである。また、Niは、固溶強化によって焼結体のマトリックスを強化する作用を有している。   Ni has the effect of improving the toughness of the sintered body. This is because austenite is stabilized by the addition of Ni, and as a result, more austenite remains as retained austenite without being transformed into martensite after quenching. Moreover, Ni has the effect | action which strengthens the matrix of a sintered compact by solid solution strengthening.

これに対して、Moは焼入れ性を向上させる効果を有している。したがって、Moは、焼入れ処理の際にフェライトの生成を抑制し、ベイナイトまたはマルテンサイトを生成しやすくすることによって、焼結体のマトリックスを変態強化する。また、Moは、マトリックスに固溶して固溶強化する作用と、微細炭化物を形成してマトリックスを析出強化する作用の両者を備えている。さらに、Moは、ガス浸炭性が良く、非粒界酸化元素であるため、焼結体を浸炭強化する作用も有している。   On the other hand, Mo has the effect of improving hardenability. Therefore, Mo suppresses the formation of ferrite during the quenching process and facilitates the formation of bainite or martensite, thereby strengthening the matrix of the sintered body by transformation. Mo has both an effect of solid-solution strengthening by solid solution in the matrix and an effect of precipitation strengthening the matrix by forming fine carbides. Furthermore, since Mo has good gas carburizing properties and is a non-grain boundary oxidizing element, it also has an effect of carburizing and strengthening the sintered body.

これらの合金成分を含む部分拡散合金鋼粉を使用した高強度焼結部品用の混合粉としては、例えば、特許文献1に、Ni:0.5〜4mass%、Mo:0.5〜5mass%になるように部分合金化した合金鋼粉に、さらに、Ni:1〜5mass%、Cu:0.5〜4mass%、黒鉛粉:0.2〜0.9mass%を混合した高強度焼結部品用混合粉が示されている。   As a mixed powder for high-strength sintered parts using partially diffusion alloy steel powder containing these alloy components, for example, in Patent Document 1, Ni: 0.5-4 mass%, Mo: 0.5-5 mass% A high strength sintered part in which Ni: 1 to 5 mass%, Cu: 0.5 to 4 mass%, and graphite powder: 0.2 to 0.9 mass% are further mixed with the alloy steel powder partially alloyed so that The mixed powder is shown.

また、Niを含まず、かつ高密度の鉄系焼結体として、特許文献2には、平均粒径が1〜18μmの鉄系粉末に、平均粒径が1〜18μmのCu粉を100:(0.2〜5)の重量比で混合して成形、焼結する鉄系焼結体の製造方法が開示されている。特許文献2に記載された技術では、通常よりも極端に小さい平均粒径の鉄系粉末を使用することによって、焼結体密度が7.42g/cm3以上という、通常ではあり得ないほど高い密度の焼結体を得ることを可能にしている。In addition, as a high-density iron-based sintered body that does not contain Ni, Patent Document 2 discloses that an iron-based powder having an average particle diameter of 1 to 18 μm and Cu powder having an average particle diameter of 1 to 18 μm are 100: A method for producing an iron-based sintered body that is mixed and molded and sintered at a weight ratio of (0.2 to 5) is disclosed. In the technique described in Patent Document 2, by using an iron-based powder having an average particle size extremely smaller than usual, the sintered body density is 7.42 g / cm 3 or more, which is not normally high. This makes it possible to obtain a sintered body having a high density.

さらに、部分拡散合金鋼粉を使用した高強度焼結部品用の混合粉として、例えば、特許文献3には、NiおよびMoを拡散付着させた合金鋼粉に金属Cu粉および黒鉛粉を混合した高強度焼結部品用混合粉が開示されている。   Furthermore, as mixed powder for high-strength sintered parts using partially diffused alloy steel powder, for example, in Patent Document 3, metal Cu powder and graphite powder are mixed with alloy steel powder to which Ni and Mo are diffused and adhered. A mixed powder for high strength sintered parts is disclosed.

特許第3663929号公報Japanese Patent No. 3663929 特開平4−285141号公報JP-A-4-285141 特許第4483595号公報Japanese Patent No. 4484595

しかしながら、発明者らの考察の結果、上記した特許文献1および特許文献3に記載の混合粉を使用した焼結材料や、特許文献2に記載の方法により得られる焼結材料には、次のような問題点があることが分かった。   However, as a result of consideration by the inventors, the sintered material using the mixed powder described in Patent Document 1 and Patent Document 3 described above and the sintered material obtained by the method described in Patent Document 2 include the following: It turns out that there is a problem like this.

すなわち、特許文献1に記載の焼結材料では、最低でも1.5mass%のNiを必要とし、その実施例から分かるとおり、実質的には3mass%以上のNiを含んでいる。それ故、特許文献1に記載の焼結材料で800MPa以上の高強度を得るためには、3mass%以上といった多量のNiが必要となる。さらに、浸炭、焼入れ、および焼戻し処理後において1000MPa以上の強度を有する焼結体を得るためには、さらに多量のNiが必要と考えられる。   In other words, the sintered material described in Patent Document 1 requires at least 1.5 mass% Ni, and, as can be seen from the examples thereof, substantially contains 3 mass% or more of Ni. Therefore, in order to obtain a high strength of 800 MPa or more with the sintered material described in Patent Document 1, a large amount of Ni such as 3 mass% or more is required. Furthermore, in order to obtain a sintered body having a strength of 1000 MPa or more after carburizing, quenching, and tempering treatment, a larger amount of Ni is considered necessary.

しかし、Niは近年の環境問題への対応やリサイクルの観点からは不利な元素であり、できるだけ使用を避けることが望ましい元素である。また、数mass%のNiの添加はコストの点でも極めて不利である。さらに、Niを合金元素として使用した場合、鉄粉や合金鋼粉中にNiを十分に拡散させるためには、長時間の焼結が必要となるという問題もある。   However, Ni is an element which is disadvantageous from the viewpoint of dealing with environmental problems in recent years and from the viewpoint of recycling, and is an element which should be avoided as much as possible. Further, the addition of several mass% of Ni is extremely disadvantageous in terms of cost. Furthermore, when Ni is used as an alloy element, there is also a problem that long-time sintering is required in order to sufficiently diffuse Ni into iron powder or alloy steel powder.

また、特許文献2に記載の焼結材料では、Niの添加はないものの、使用している鉄系粉末の平均粒径が1〜18μmと通常よりも小さい。このように粒径が小さいと、混合粉の流動性が悪くなって、プレス成形を行う時に、粉末を金型充填するときの作業効率が低くなるといった問題がある。   Further, in the sintered material described in Patent Document 2, although Ni is not added, the average particle size of the iron-based powder used is 1 to 18 μm, which is smaller than usual. Thus, when the particle size is small, the fluidity of the mixed powder is deteriorated, and there is a problem that the working efficiency when filling the powder with a die is reduced when performing press molding.

さらに、特許文献3に記載の焼結材料では、混合粉に金属Cu粉が含まれている。この金属Cu粉は、焼結処理の時に溶融し、鉄粉粒の間に浸透することによって、鉄粉の粒子間距離を押し広げ、成形体のサイズに比べて焼結体のサイズを大きくする。そのため、焼結体の密度が成形体に比べて低くなる。この現象は一般に、Cu膨張として知られている。このCu膨張による密度低下が大きいと、焼結体の強度や靭性の低下につながるという不利な点がある。   Furthermore, in the sintered material described in Patent Document 3, the mixed powder contains metallic Cu powder. This metal Cu powder melts during the sintering process and penetrates between the iron powder grains, thereby expanding the inter-particle distance of the iron powder and increasing the size of the sintered body compared to the size of the compact. . Therefore, the density of the sintered body is lower than that of the molded body. This phenomenon is generally known as Cu expansion. When the density reduction due to the Cu expansion is large, there is a disadvantage that the strength and toughness of the sintered body are reduced.

本発明は、上記した現状に鑑み、Niを含まない(Niフリー)にもかかわらず、Niを含有する場合と同等以上の優れた特性(例えば、浸炭、焼入れ、および焼戻し後の引張強さや靭性)を有する焼結体を得ることができる粉末冶金用混合粉末の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記粉末冶金用混合粉末を用いた焼結体の製造方法および前記製造方法によって得られる焼結体を提供することを目的とする。   In view of the above-described present situation, the present invention has excellent characteristics equivalent to or better than those in the case of containing Ni (for example, tensile strength and toughness after carburizing, quenching, and tempering in spite of not containing Ni (Ni-free)). It is an object of the present invention to provide a method for producing a powder mixture for powder metallurgy, which can obtain a sintered body having a). Moreover, this invention aims at providing the sintered compact obtained by the manufacturing method of the sintered compact using the said mixed powder for powder metallurgy, and the said manufacturing method.

発明者等は、上記の目的を達成するために、Niを含まない粉末冶金用混合粉末の合金成分およびその添加手段について種々検討を重ねた。その結果、次の(1)〜(6)の知見を得た。   In order to achieve the above-mentioned object, the inventors have made various studies on the alloy components of the powder mixture for powder metallurgy not containing Ni and the means for adding them. As a result, the following findings (1) to (6) were obtained.

(1)あらかじめMoおよびCuを鉄基粉末に部分拡散して部分拡散合金鋼粉とし、前記部分拡散合金鋼粉に黒鉛粉を混合して得た粉末冶金用混合粉末を用いることにより、Niを含まないにもかかわらず、Niを含む場合と同等以上の特性を有する焼結体を得られる場合がある。 (1) Mo and Cu are partially diffused into an iron-based powder to obtain a partially-diffused alloy steel powder, and Ni is obtained by using a mixed powder for powder metallurgy obtained by mixing the partially-diffused alloy steel powder with graphite powder. In some cases, a sintered body having characteristics equal to or higher than that in the case of including Ni may be obtained although it is not included.

(2)上記(1)の場合において、Moは、焼結の際にフェライト安定化元素として働く。その結果、Mo含有量が高い部分の近傍では、フェライト相が生じて鉄粉どうしの焼結が促進され、焼結体の密度が向上する。 (2) In the case of (1) above, Mo works as a ferrite stabilizing element during sintering. As a result, in the vicinity of the portion where the Mo content is high, the ferrite phase is generated, the sintering of the iron powders is promoted, and the density of the sintered body is improved.

(3)上記(1)の場合において、Cuは、焼結体を浸炭、焼入する時に、マルテンサイト変態が開始される温度を低温度側に移動させ、焼結体を強化する。 (3) In the case of the above (1), when carburizing and quenching the sintered body, Cu moves the temperature at which martensitic transformation starts to the low temperature side and strengthens the sintered body.

(4)上記(1)の場合において、優れた特性を有する焼結体を得るためには、前記粉末冶金用混合粉末の成分組成が特定の範囲内となるように制御するとともに、前記鉄基粉末の平均粒径を30〜120μmとし、部分拡散合金鋼粉を製造する際に用いるCu源として金属Cu粉ではなく亜酸化銅(Cu2O)の粉末を用いる必要がある。(4) In the case of (1) above, in order to obtain a sintered body having excellent characteristics, the composition of the mixed powder for powder metallurgy is controlled to be within a specific range, and the iron group It is necessary to use a powder of cuprous oxide (Cu 2 O) instead of metal Cu powder as the Cu source used when producing the partial diffusion alloy steel powder by setting the average particle size of the powder to 30 to 120 μm.

(5)亜酸化銅粉末を用いることにより、金属Cu粉を用いた場合に生じるCu膨張を回避し、焼結体の密度低下を抑制することができる。 (5) By using cuprous oxide powder, it is possible to avoid Cu expansion that occurs when metal Cu powder is used, and to suppress density reduction of the sintered body.

(6)平均粒径:30〜120μmの鉄基粉末を用いることにより、粉末冶金用混合粉末の流動性を向上させることができる。 (6) The fluidity of the powder mixture for powder metallurgy can be improved by using an iron-based powder having an average particle size of 30 to 120 μm.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。   This invention is made | formed based on the said knowledge, The summary structure is as follows.

1.鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末とする第1の混合工程と、
前記原料混合粉末を熱処理することにより、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuを拡散付着させて部分拡散合金鋼粉とする拡散付着工程と、
前記部分拡散合金鋼粉に、黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末とする第2の混合工程とを有する粉末冶金用混合粉末の製造方法であって、
前記鉄基粉末の平均粒径が30〜120μmであり、
前記Cu含有粉末として亜酸化銅粉を使用し、
前記粉末冶金用混合粉末の成分組成を、Mo:0.2〜1.5mass%、Cu:0.5〜4.0mass%、C:0.1〜1.0mass%、ならびに残部のFeおよび不可避不純物からなる成分組成とする、粉末冶金用混合粉末の製造方法。
1. A first mixing step of mixing a Mo-containing powder and a Cu-containing powder with an iron-based powder to obtain a raw material mixed powder;
A diffusion adhesion process in which Mo and Cu are diffused and adhered to the surface of the iron-based powder to form a partial diffusion alloy steel powder by heat-treating the raw material mixed powder;
A method of producing a mixed powder for powder metallurgy comprising a second mixing step of mixing the partially diffused alloy steel powder with graphite powder to obtain a mixed powder for powder metallurgy,
The iron-based powder has an average particle size of 30 to 120 μm,
Using cuprous oxide powder as the Cu-containing powder,
The composition of the mixed powder for powder metallurgy includes Mo: 0.2 to 1.5 mass%, Cu: 0.5 to 4.0 mass%, C: 0.1 to 1.0 mass%, and the balance of Fe and inevitable. A method for producing a mixed powder for powder metallurgy having a component composition comprising impurities.

2.前記Cu含有粉末の平均粒径が5μm以下である、上記1に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。 2. 2. The method for producing a mixed powder for powder metallurgy according to 1 above, wherein the Cu-containing powder has an average particle size of 5 μm or less.

3.上記1または2に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法で得た粉末冶金用混合粉末を成形し、焼結する、焼結体の製造方法。 3. A method for producing a sintered body, comprising molding and sintering a powder mixture for powder metallurgy obtained by the method for producing a powder mixture for powder metallurgy described in 1 or 2 above.

4.上記3に記載の焼結体の製造方法で得られる焼結体。 4). 4. A sintered body obtained by the method for producing a sintered body according to 3 above.

本発明によれば、Niを含まないにもかかわらず、Niを含有する場合と同等以上の優れた特性を有する焼結体を製造することができる粉末冶金用混合粉末が得られる。また、本発明の粉末冶金用混合粉末は、流動性が高いため、プレス成形するために該粉末冶金用混合粉末を金型へ充填する際の作業効率に優れる。さらに、本発明によれば、通常の焼結法であっても、優れた強度と靭性を兼ね備えた焼結体を、安価に製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, although it does not contain Ni, the mixed powder for powder metallurgy which can manufacture the sintered compact which has the same or more excellent characteristic as the case where it contains Ni is obtained. Moreover, since the mixed powder for powder metallurgy according to the present invention has high fluidity, it is excellent in work efficiency when filling the mold with the mixed powder for powder metallurgy for press molding. Furthermore, according to the present invention, a sintered body having both excellent strength and toughness can be produced at low cost even by a normal sintering method.

次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。   Next, a method for carrying out the present invention will be specifically described.

本発明の一実施形態における粉末冶金用混合粉末の製造方法は、次の(1)〜(3)の工程を有する;
(1)鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末とする第1の混合工程、
(2)前記原料混合粉末を熱処理することにより、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuを拡散付着させて部分拡散合金鋼粉とする拡散付着工程、および
(3)前記部分拡散合金鋼粉に、黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末とする第2の混合工程。
The method for producing a mixed powder for powder metallurgy according to an embodiment of the present invention includes the following steps (1) to (3);
(1) A first mixing step in which an iron-based powder is mixed with a Mo-containing powder and a Cu-containing powder to obtain a raw material mixed powder;
(2) A diffusion adhesion step in which Mo and Cu are diffused and adhered to the surface of the iron-based powder to form a partially-diffusion alloy steel powder by heat-treating the raw material mixed powder, and (3) A second mixing step in which graphite powder is mixed to obtain a mixed powder for powder metallurgy.

そして、前記鉄基粉末としては、平均粒径が30〜120μmである鉄基粉末が用いられる。また、 前記Cu含有粉末としては亜酸化銅粉が使用される。さらに、前記粉末冶金用混合粉末の成分組成を、Mo:0.2〜1.5mass%、Cu:0.5〜4.0mass%、C:0.1〜1.0mass%、ならびに残部のFeおよび不可避不純物からなる、とする。   And as said iron-based powder, the iron-based powder whose average particle diameter is 30-120 micrometers is used. Moreover, cuprous oxide powder is used as the Cu-containing powder. Furthermore, the component composition of the powder mixture for powder metallurgy includes Mo: 0.2 to 1.5 mass%, Cu: 0.5 to 4.0 mass%, C: 0.1 to 1.0 mass%, and the balance of Fe. And consisting of inevitable impurities.

上述したように従来の方法では、Moを拡散付着させた部分拡散合金鋼粉に金属Cu粉および黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末を製造していた。これに対して、本発明の方法では、MoとともにCuを鉄基粉末にあらかじめ拡散付着させることに加え、Cuを拡散付着させるためのCu源として亜酸化銅粉末を用いる。   As described above, in the conventional method, a mixed powder for powder metallurgy is manufactured by mixing metal Cu powder and graphite powder with partially diffused alloy steel powder to which Mo is diffused and adhered. In contrast, in the method of the present invention, cuprous oxide powder is used as a Cu source for diffusing and adhering Cu in addition to diffusing and adhering Cu to the iron-based powder together with Mo.

次に、上記(1)〜(3)の各工程について説明する。なお、以下の説明において、特に断らない限り「%」はmass%を意味するものとする。また、Mo量、Cu量、および黒鉛粉量は、粉末冶金用混合粉末全体に対するそれぞれの含有量を意味するものとする。   Next, each process of said (1)-(3) is demonstrated. In the following description, “%” means mass% unless otherwise specified. Moreover, the amount of Mo, the amount of Cu, and the amount of graphite powder shall mean each content with respect to the whole mixed powder for powder metallurgy.

[第1の混合工程]
第1の混合工程では、鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末とする。前記第1の混合工程で用いられる混合方法については、特に制限はなく、例えばヘンシェルミキサーやコーン型ミキサーなどを用いて、常法に従い行うことができる。また、混合される鉄基粉末、Mo含有粉末、およびCu含有粉末の配合比率は、最終的に得られる粉末冶金用混合粉末の成分組成が、後述する範囲となるように調整すればよい。すなわち、粉末冶金用混合粉末に全体に対して、Mo量が0.2〜1.5%、Cu量が0.5〜4.0%となるように混合する。
[First mixing step]
In the first mixing step, an iron-based powder is mixed with a Mo-containing powder and a Cu-containing powder to obtain a raw material mixed powder. There is no restriction | limiting in particular about the mixing method used at the said 1st mixing process, For example, it can carry out in accordance with a conventional method using a Henschel mixer, a cone type mixer, etc. Moreover, what is necessary is just to adjust the compounding ratio of the iron-based powder mixed, the Mo containing powder, and the Cu containing powder so that the component composition of the powder mixture for powder metallurgy finally obtained may become the range mentioned later. That is, it mixes with the mixed powder for powder metallurgy so that Mo amount may be 0.2-1.5% and Cu amount may be 0.5-4.0% with respect to the whole.

(鉄基粉末)
平均粒径:30〜120μm
本発明では、使用する鉄基粉末の平均粒径を30〜120μmとする。鉄基粉末の平均粒径が30μmを下回ると、鉄基粉末そのものや、該鉄基粉末を用いて得られる原料混合粉末の流動性が悪くなって、金型充填などの作業効率が低下する。そのため、鉄基粉末の平均粒径を30μm以上とする。前記平均粒径は、40μm以上とすることが好ましく、50μm以上とすることがより好ましい。一方、平均粒径が120μmを超えると、焼結の際の稠密化の駆動力が小さくなって、粗大な鉄粉粒の周囲に粗大な空孔が形成され、焼結体の密度が低下する。そしてその結果、焼結体の強度や靭性が低下する。そのため、鉄基粉末の平均粒径を120μm以下とする。前記平均粒径は、100μm以下とすることが好ましく、80μm以下とすることがより好ましい。なお、本発明において平均粒径とは、体積基準におけるメジアン径(d50)を意味するものとする。
(Iron-based powder)
Average particle size: 30-120 μm
In the present invention, the average particle size of the iron-based powder used is 30 to 120 μm. When the average particle size of the iron-based powder is less than 30 μm, the fluidity of the iron-based powder itself or a raw material mixed powder obtained using the iron-based powder is deteriorated, and work efficiency such as mold filling is reduced. Therefore, the average particle diameter of the iron-based powder is set to 30 μm or more. The average particle diameter is preferably 40 μm or more, and more preferably 50 μm or more. On the other hand, if the average particle size exceeds 120 μm, the driving force for densification during sintering becomes small, and coarse pores are formed around coarse iron powder particles, resulting in a decrease in the density of the sintered body. . As a result, the strength and toughness of the sintered body are reduced. Therefore, the average particle size of the iron-based powder is set to 120 μm or less. The average particle diameter is preferably 100 μm or less, and more preferably 80 μm or less. Incidentally, the average particle diameter in the present invention is intended to mean a median diameter (d 50) in volume.

ここで「鉄基粉末」とは、Fe含有量が50質量%以上である粉末を意味する。前記鉄基粉末としては、例えば、純鉄粉、合金鋼粉などが挙げられる。前記鉄基粉末としては、鉄粉(純鉄粉)を用いることが好ましい。   Here, “iron-based powder” means a powder having an Fe content of 50% by mass or more. Examples of the iron-based powder include pure iron powder and alloy steel powder. It is preferable to use iron powder (pure iron powder) as the iron-based powder.

上記鉄基粉末としては、特に限定されることなく、任意の方法で製造されるものを用いることができるが、入手しやすさの観点からは、アトマイズ法または還元法によって製造される鉄基粉末を用いることが好ましい。アトマイズ法によって製造される鉄基粉末としては、いわゆるアトマイズ生粉(as-atomized powder)およびアトマイズ粉(atomized powder)のいずれをも用いることができる。なお、ここでアトマイズ生粉とは、溶鋼をアトマイズし、任意に乾燥、分級した粉末であって、脱酸(還元)や脱炭などのための熱処理が施されていない粉末を意味する。また、アトマイズ粉とは、前記アトマイズ生粉を還元雰囲気下で処理することによって還元した粉末を意味する。還元法によって製造される鉄基粉末としては、鋼材の製造時に生成するミルスケールや鉄鉱石を還元して得られる還元鉄粉を用いることが好ましい。   The iron-based powder is not particularly limited, and any iron-based powder produced by any method can be used. From the viewpoint of availability, an iron-based powder produced by the atomization method or the reduction method. Is preferably used. As the iron-based powder produced by the atomization method, both so-called atomized powder (as-atomized powder) and atomized powder (atomized powder) can be used. Here, the atomized raw powder means a powder obtained by atomizing molten steel, arbitrarily dried and classified, and not subjected to heat treatment for deoxidation (reduction) or decarburization. The atomized powder means a powder reduced by treating the atomized raw powder in a reducing atmosphere. As the iron-based powder produced by the reduction method, it is preferable to use reduced iron powder obtained by reducing mill scale or iron ore produced during the production of steel.

上記鉄基粉末の見掛密度は特に限定されないが、1.7〜3.5Mg/m3とすることが好ましい。上記鉄基粉末として、アトマイズ法で製造された鉄基粉末を用いる場合には、該鉄基粉末の見掛密度を2.0〜3.5Mg/m3程度とすることが好ましく、2.5〜3.2Mg/m3とすることがより好ましい。また、上記鉄基粉末として還元法によって製造された鉄基粉末を用いる場合には、該鉄基粉末の見掛密度を、1.7〜3.0Mg/m3程度とすることが好ましく、2.2〜2.8Mg/m3とすることがより好ましい。なお、ここで見掛密度とは、JIS Z 2504の試験方法で測定されるものである。The apparent density of the iron-based powder is not particularly limited, but is preferably 1.7 to 3.5 Mg / m 3 . When using an iron-based powder produced by an atomizing method as the iron-based powder, the apparent density of the iron-based powder is preferably about 2.0 to 3.5 Mg / m 3 , 2.5 It is more preferable to set it to -3.2Mg / m < 3 >. Moreover, when using the iron-based powder produced by the reduction method as the iron-based powder, the apparent density of the iron-based powder is preferably about 1.7 to 3.0 Mg / m 3. More preferably, it is 2 to 2.8 Mg / m 3 . Here, the apparent density is measured by the test method of JIS Z 2504.

上記鉄基粉末の比表面積は特に限定されないが、0.002〜0.5m2/gとすることが好ましい。上記鉄基粉末として、アトマイズ法で製造された鉄基粉末を用いる場合には、該鉄基粉末の比表面積を0.005m2/g程度以上とすることが好ましく、0.01m2/g以上とすることがより好ましい。一方、前記比表面積の上限は0.1m2/gとすることが好ましい。また、上記鉄基粉末として還元法によって製造された鉄基粉末を用いる場合には、該鉄基粉末の比表面積を、0.01m2/g程度以上とすることが好ましく、0.02m2/g以上とすることがより好ましい。一方、前記比表面積の上限は0.3m2/gとすることが好ましい。The specific surface area of the iron-based powder is not particularly limited, but is preferably 0.002 to 0.5 m 2 / g. When the iron-based powder produced by the atomization method is used as the iron-based powder, the specific surface area of the iron-based powder is preferably about 0.005 m 2 / g or more, 0.01 m 2 / g or more More preferably. On the other hand, the upper limit of the specific surface area is preferably 0.1 m 2 / g. Moreover, when using the iron-base powder manufactured by the reduction method as said iron-base powder, it is preferable that the specific surface area of this iron-base powder shall be about 0.01 m < 2 > / g or more, 0.02 m < 2 > / g g or more is more preferable. On the other hand, the upper limit of the specific surface area is preferably 0.3 m 2 / g.

(Mo含有粉末)
上記Mo含有粉末は、後述する拡散付着工程において、Mo源として機能する粉末である。前記Mo含有粉末としては、元素としてのMoを含有する粉末であれば任意の粉末を用いることができ、したがって、金属Mo粉末(純Moの粉末)、Mo合金粉末、およびMo化合物粉末のいずれをも用いることができる。前記Mo合金粉末としては、例えば、Fe−Mo(フェロモリブデン)粉末を用いることができる。前記Mo化合物粉末としては、Mo酸化物、Mo炭化物、Mo硫化物、およびMo窒化物などのMo化合物の粉末が挙げられる。これらのMo含有粉末は、単独で使用しても、複数を混合して使用してもよい。
(Mo-containing powder)
The Mo-containing powder is a powder that functions as a Mo source in the diffusion adhesion step described later. Any powder can be used as the Mo-containing powder as long as it contains Mo as an element. Therefore, any one of metal Mo powder (pure Mo powder), Mo alloy powder, and Mo compound powder can be used. Can also be used. As the Mo alloy powder, for example, Fe-Mo (ferromolybdenum) powder can be used. Examples of the Mo compound powder include powders of Mo compounds such as Mo oxide, Mo carbide, Mo sulfide, and Mo nitride. These Mo-containing powders may be used alone or in combination.

(Cu含有粉末)
上記Cu含有粉末は、後述する拡散付着工程において、Cu源として機能する粉末である。本発明では、前記Cu含有粉末として亜酸化銅粉末を用いることが重要である。前記亜酸化銅粉末は、後述する拡散付着工程において金属Cuへ還元されるため、上記鉄基粉末の表面にMoおよびCuが拡散付着した部分拡散合金鋼粉を得ることができる。
(Cu-containing powder)
The Cu-containing powder is a powder that functions as a Cu source in the diffusion adhesion step described later. In the present invention, it is important to use cuprous oxide powder as the Cu-containing powder. Since the cuprous oxide powder is reduced to metal Cu in the diffusion adhesion step described later, it is possible to obtain partially diffused alloy steel powder in which Mo and Cu are diffused and adhered to the surface of the iron-based powder.

上記Cu含有粉末として亜酸化銅粉末を用いることにより、金属Cu粉を用いた場合に生じるCu膨張を回避し、焼結体の密度低下を抑制することができる。また、亜酸化銅は化学的に安定で、金属Cuのように酸化する(錆びる)ことがないため、取り扱いが容易である。さらに、亜酸化銅(Cu2O)は、酸化銅(CuO)よりも酸化数が小さいので、後述する拡散付着工程において金属Cuへ容易に還元することができる。例えば、拡散付着工程において、原料混合粉末を水素雰囲気中で熱処理する場合、亜酸化銅を用いることにより、還元に必要な水素量を低減できることに加えて、加熱温度を低くすることができ、さらに処理時間も短縮できる。By using cuprous oxide powder as the Cu-containing powder, Cu expansion that occurs when metal Cu powder is used can be avoided, and density reduction of the sintered body can be suppressed. Further, cuprous oxide is chemically stable and does not oxidize (rust) like metal Cu, so that it is easy to handle. Furthermore, since cuprous oxide (Cu 2 O) has a smaller oxidation number than copper oxide (CuO), it can be easily reduced to metal Cu in the diffusion adhesion step described later. For example, in the diffusion adhesion process, when the raw material mixed powder is heat-treated in a hydrogen atmosphere, by using cuprous oxide, in addition to reducing the amount of hydrogen required for reduction, the heating temperature can be lowered, Processing time can also be shortened.

上記Cu含有粉末の平均粒径は、特に限定されないが、5μm以下とすることが好ましい。平均粒径を5μm以下とすることにより、Cuによる強度および靭性の改善効果を、さらに向上させることができる。前記平均粒径は、4.5μm以下とすることがより好ましい。一方、Cu含有粉末の平均粒径の下限に特に制限はないが、過度に平均粒径を下げると、Cu含有粉末の製造コストが増大する。そのため、Cu含有粉末の平均粒径は0.2μm以上とすることが好ましく、1.0μm以上とすることが好ましい。   The average particle size of the Cu-containing powder is not particularly limited, but is preferably 5 μm or less. By making the average particle size 5 μm or less, the effect of improving the strength and toughness by Cu can be further improved. The average particle size is more preferably 4.5 μm or less. On the other hand, the lower limit of the average particle diameter of the Cu-containing powder is not particularly limited, but if the average particle diameter is excessively lowered, the production cost of the Cu-containing powder increases. Therefore, the average particle size of the Cu-containing powder is preferably 0.2 μm or more, and more preferably 1.0 μm or more.

なお、従来用いられている金属Cu粉の場合、一般的な市販の金属Cu粉の平均粒径は20〜40μm程度である。   In addition, in the case of the metal Cu powder conventionally used, the average particle diameter of a general commercially available metal Cu powder is about 20-40 micrometers.

[拡散付着工程]
次いで、前記原料混合粉末が熱処理される。前記熱処理により、鉄基粉末とMo含有粉末、鉄基粉末とCu含有粉末の接触面において、前記Mo含有粉末に含まれるMoと、前記Cu含有粉末に含まれるCuが前記鉄基粉末中へ拡散し、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuが拡散付着した部分拡散合金鋼粉が得られる。
[Diffusion adhesion process]
Next, the raw material mixed powder is heat-treated. Due to the heat treatment, Mo contained in the Mo-containing powder and Cu contained in the Cu-containing powder diffuse into the iron-based powder at the contact surface between the iron-based powder and the Mo-containing powder and between the iron-based powder and the Cu-containing powder. Thus, partially diffused alloy steel powder in which Mo and Cu are diffused and adhered to the surface of the iron-based powder is obtained.

上記熱処理は、任意の雰囲気で行うことができるが、還元性雰囲気で行うことが好ましく、水素含有雰囲気で行うことがより好ましい。前記水素含有雰囲気としては、水素ガス雰囲気を用いることもできる。また、上記熱処理は、大気圧で行っても、減圧下で行ってもよく、真空下で実施することも可能である。   The heat treatment can be performed in any atmosphere, but is preferably performed in a reducing atmosphere, and more preferably in a hydrogen-containing atmosphere. A hydrogen gas atmosphere can also be used as the hydrogen-containing atmosphere. The heat treatment may be performed at atmospheric pressure or under reduced pressure, and may be performed under vacuum.

上記熱処理の温度は特に限定されないが、800〜1000℃とすることが好ましい。   Although the temperature of the said heat processing is not specifically limited, It is preferable to set it as 800-1000 degreeC.

[粉砕・分級]
上述のようにして得た部分拡散合金鋼粉は、通常、該部分拡散合金鋼粉に含まれている鉄基粉末粒子同士が焼結されて固まった状態となっている。そのため、上記拡散付着工程後、次の第二の混合工程に先立って、部分拡散合金鋼粉を粉砕し、分級する粉砕・分級工程を設けることが好ましい。例えば、所望の粒径となるように粉砕した後に、所定の目開きの篩で分級を行って、粗粉を除去することができる。部分拡散合金鋼粉の最大粒径は、180μm以下とすることが好ましい。
[Crushing / Classification]
The partial diffusion alloy steel powder obtained as described above is usually in a state in which iron-based powder particles contained in the partial diffusion alloy steel powder are sintered and solidified. Therefore, it is preferable to provide a pulverization / classification step of pulverizing and classifying the partially diffused alloy steel powder after the diffusion adhesion step and prior to the next second mixing step. For example, after pulverizing to a desired particle size, the coarse powder can be removed by classification with a sieve having a predetermined opening. The maximum particle size of the partially diffused alloy steel powder is preferably 180 μm or less.

また、次の第二の混合工程に先立って、任意に部分拡散合金鋼粉を焼鈍することもできる。   Moreover, prior to the next second mixing step, the partially diffused alloy steel powder can be optionally annealed.

上記部分拡散合金鋼粉は、MoおよびCuを含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することが好ましい。部分拡散合金鋼粉に含有される不可避不純物としては、C、O、NおよびS等が挙げられるが、これらの含有量は、部分合金鋼粉に対しそれぞれ内数で、C:0.02%以下、O:0.3%以下、N:0.004%以下、S:0.03%以下とすることが好ましい。特に、O含有量は0.25%以下とすることがより好ましい。なお、不可避不純物量が前記範囲を超えると、下記第二の混合工程の結果物である粉末冶金用混合粉末の圧縮性が低下してしまい、十分な密度を有する成形体に圧縮成形することが困難となる場合がある。   It is preferable that the said partial diffusion alloy steel powder contains Mo and Cu, and has a component composition which consists of remainder Fe and an unavoidable impurity. Examples of inevitable impurities contained in the partially diffused alloy steel powder include C, O, N, and S. These contents are each an internal number of the partially alloyed steel powder, and C: 0.02% Hereinafter, it is preferable that O: 0.3% or less, N: 0.004% or less, and S: 0.03% or less. In particular, the O content is more preferably 0.25% or less. When the amount of inevitable impurities exceeds the above range, the compressibility of the powder mixture for powder metallurgy, which is the result of the following second mixing step, is reduced, and compression molding can be performed on a molded body having sufficient density. It can be difficult.

[第二の混合工程]
次いで、上記のようにして得た部分拡散合金鋼粉に、黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末とする。黒鉛粉の主成分であるCは、カーバイドによる析出強化や焼入れ性向上などにより焼結体の強度を向上させる効果を有する。そのため、特に、焼結体を浸炭、焼入れ、および焼戻した後に、1000MPa以上というような優れた引張強さを得るためには、黒鉛の添加が必須である。
[Second mixing step]
Subsequently, graphite powder is mixed with the partial diffusion alloy steel powder obtained as described above to obtain a mixed powder for powder metallurgy. C, which is the main component of the graphite powder, has the effect of improving the strength of the sintered body by precipitation strengthening with carbide and improving hardenability. Therefore, especially in order to obtain an excellent tensile strength of 1000 MPa or more after carburizing, quenching, and tempering the sintered body, addition of graphite is essential.

上記黒鉛粉の混合は、例えば、一般的な粉体混合に用いられる方法により、常法に従って行えばよい。また、混合される部分拡散合金鋼粉および黒鉛粉の配合比率は、最終的に得られる粉末冶金用混合粉末の成分組成が、後述する範囲となるように調整すればよい。すなわち、粉末冶金用混合粉末に全体に対して、C量が0.1〜1.0%となるように混合する。   The graphite powder may be mixed according to a conventional method, for example, by a method used for general powder mixing. Moreover, what is necessary is just to adjust the compounding ratio of the partial diffusion alloy steel powder and graphite powder to mix so that the component composition of the mixed powder for powder metallurgy finally obtained may become the range mentioned later. That is, it mixes with the mixed powder for powder metallurgy so that C amount may be 0.1-1.0% with respect to the whole.

(黒鉛粉)
上記黒鉛粉としては、特に限定されることなく、任意のものを用いることができる。前記黒鉛粉の平均粒径は、特に限定されないが、1〜50μm程度とすることは好ましい。
(Graphite powder)
The graphite powder is not particularly limited, and an arbitrary one can be used. The average particle size of the graphite powder is not particularly limited, but is preferably about 1 to 50 μm.

[混合粉の成分組成]
本発明においては、最終的に得られる粉末冶金用混合粉末の成分組成を、Mo:0.2〜1.5%、Cu:0.5〜4.0%、C:0.1〜1.0%、ならびに残部のFeおよび不可避不純物からなる成分組成とする。なお、後述するように、粉末冶金用合金鋼粉には潤滑剤などの添加材を添加することができるが、ここで「粉末冶金用混合粉末の成分組成」とは、該混合粉のうち、前記添加材を除いた部分、すなわち、部分拡散合金鋼粉および黒鉛粉からなる部分の成分組成を指すものとする。
[Component composition of mixed powder]
In the present invention, the component composition of the finally obtained mixed powder for powder metallurgy is Mo: 0.2-1.5%, Cu: 0.5-4.0%, C: 0.1-1. The component composition consists of 0% and the balance Fe and inevitable impurities. As will be described later, an additive such as a lubricant can be added to the powder metallurgy alloy steel powder. Here, the “component composition of the mixed powder for powder metallurgy” refers to the mixed powder, The component composition of the part except the said additive material, ie, the part which consists of a partial diffusion alloy steel powder and graphite powder shall be pointed out.

以下、混合粉の成分組成の限定理由について説明する。   Hereinafter, the reasons for limiting the component composition of the mixed powder will be described.

Mo:0.2〜1.5%
Mo含有量が0.2%を下回ると、焼入れ性向上効果および焼結体の強度向上効果が不十分となる。そのため、Mo含有量は0.2%以上とする。Mo含有量は、0.3%以上とすることが好ましく、0.4%以上とすることがより好ましい。一方、Mo含有量が1.5%を超えると、焼入れ性向上効果は飽和し、かえって焼結体の組織の不均一性が高まるため、焼結体の強度や靭性が低下する。そのため、Mo含有量を1.5%以下とする。Mo含有量は1.0%以下とすることが好ましく0.8%以下とすることがより好ましい。
Mo: 0.2 to 1.5%
When the Mo content is less than 0.2%, the effect of improving the hardenability and the effect of improving the strength of the sintered body become insufficient. Therefore, the Mo content is 0.2% or more. The Mo content is preferably 0.3% or more, and more preferably 0.4% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 1.5%, the effect of improving the hardenability is saturated, and the non-uniformity of the structure of the sintered body is increased. Therefore, the Mo content is 1.5% or less. The Mo content is preferably 1.0% or less, and more preferably 0.8% or less.

Cu:0.5〜4.0%
Cu含有量が0.5%に満たないと、Cuが持つ固溶強化や焼入れ性向上の効果を十分に得ることができず、焼結部品の強度や靱性が低下する。そのため、Cu含有量は0.5%以上とする。Cu含有量は、1.0%以上とすることが好ましく、1.5%以上とすることがより好ましい。一方、Cu含有量が4.0%を超えると、焼結部品の強度向上効果が飽和する。したがって、Cu含有量を4.0%以下とする。Cu含有量は3.0%以下とすることが好ましく、2.5%以下とすることがより好ましい。
Cu: 0.5 to 4.0%
If the Cu content is less than 0.5%, the effects of solid solution strengthening and hardenability improvement that Cu has cannot be sufficiently obtained, and the strength and toughness of the sintered parts are lowered. Therefore, the Cu content is 0.5% or more. The Cu content is preferably 1.0% or more, and more preferably 1.5% or more. On the other hand, when the Cu content exceeds 4.0%, the strength improvement effect of the sintered part is saturated. Therefore, the Cu content is 4.0% or less. The Cu content is preferably 3.0% or less, and more preferably 2.5% or less.

C:0.1〜1.0%
Cは、焼結体の強度と疲労強度を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、C含有量を0.1%以上とする。一方、C含有量が1.0%を超えると、過共析になるためセメンタイトが多く析出し、かえって焼結体の強度が低下する。そのため、C含有量は1.0%以下とする。
C: 0.1 to 1.0%
C is an element having an effect of improving the strength and fatigue strength of the sintered body. In order to acquire the said effect, C content shall be 0.1% or more. On the other hand, if the C content exceeds 1.0%, it becomes hypereutectoid, so that a lot of cementite is precipitated, and the strength of the sintered body is lowered. Therefore, the C content is 1.0% or less.

次に、本発明の一実施形態における焼結体の製造方法について説明する。本発明においては、上記粉末冶金用混合粉末を成形し、焼結することによって焼結体を得ることができる。   Next, the manufacturing method of the sintered compact in one Embodiment of this invention is demonstrated. In the present invention, a sintered body can be obtained by molding and sintering the powder mixture for powder metallurgy.

[成形]
上記成形は、特に限定されることなく、粉末冶金用混合粉末を成型できる方法であれば任意の方法で行うことができる。一般的な成形方法としては、粉末冶金用混合粉末を金型内に充填し、加圧成形する方法が挙げられる。前記加圧成形における加圧力は400〜1000MPaとすることが好ましい。加圧力が400MPaに満たないと、得られる成形体の密度が低くなって、焼結体の特性が低下する。一方、加圧力が1000MPaを超えると、金型の寿命が極端に短くなって、経済的に不利になる。また、前記加圧成形の際の温度は、常温(約20℃)〜約160℃とすることが好ましい。
[Molding]
The molding is not particularly limited and can be performed by any method as long as it is a method capable of molding a powder mixture for powder metallurgy. As a general molding method, a mixed powder for powder metallurgy is filled in a mold and pressure-molded. The pressing force in the pressure molding is preferably 400 to 1000 MPa. When the applied pressure is less than 400 MPa, the density of the obtained molded body is lowered, and the properties of the sintered body are deteriorated. On the other hand, when the applied pressure exceeds 1000 MPa, the life of the mold becomes extremely short, which is economically disadvantageous. Moreover, it is preferable that the temperature at the time of the said pressure molding shall be normal temperature (about 20 degreeC)-about 160 degreeC.

なお、最終的に得られる焼結体に対して切削加工などを施して部品形状を作り込む必要がある場合には、上記成形に先立って、粉末冶金用混合粉末に対し、切削性改善用粉末を混合することができる。前記切削性改善用粉末としては、例えば、MnSなどを用いることができる。前記切削性改善用粉末の添加は、常法に従って行うことができる。   In addition, when it is necessary to cut the final sintered body to create a part shape, prior to the above molding, the powder for metallurgy powder is used to improve machinability. Can be mixed. As the machinability improving powder, for example, MnS or the like can be used. The addition of the machinability improving powder can be performed according to a conventional method.

また、上記成形に先立って、粉末冶金用混合粉末にさらに潤滑剤を添加することもできる。前記潤滑剤としては、粉末状の潤滑剤を用いることが好ましい。また、金型に潤滑剤を塗布あるいは付着させて上記成形を行うこともできる。いずれの場合であっても、潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、エチレンビスステアリン酸アミドなどのアミド系ワックスなど、任意の潤滑剤を用いることができる。なお、粉末冶金用混合粉末に潤滑剤を混合する場合は、粉末冶金用混合粉末:100質量部に対して、潤滑剤の量を0.1〜1.2質量部程度とすることが好ましい。   Prior to the molding, a lubricant can be further added to the powder mixture for powder metallurgy. As the lubricant, a powdery lubricant is preferably used. Further, the molding can be performed by applying or attaching a lubricant to the mold. In any case, as the lubricant, any lubricant such as a metal soap such as zinc stearate or lithium stearate, or an amide wax such as ethylenebisstearic acid amide can be used. In addition, when mixing a lubricant with the powder mixture for powder metallurgy, the amount of lubricant is preferably about 0.1 to 1.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of powder mixture for powder metallurgy.

[焼結]
次いで、上記のようにして得た成形体を焼結する。前記焼結は、1100〜1300℃の温度域で行うことが好ましい。焼結温度が1100℃に満たないと焼結が十分に進行しないため、優れた引張強度(1000MPa以上)を有する焼結体を得ることが困難である。一方、焼結温度が1300℃を超えると、焼結炉の寿命が短くなって、経済的に不利になる。なお、焼結時間は10〜180分とすることが好ましい。
[Sintering]
Next, the molded body obtained as described above is sintered. The sintering is preferably performed in a temperature range of 1100 to 1300 ° C. If the sintering temperature is less than 1100 ° C., the sintering does not proceed sufficiently, so it is difficult to obtain a sintered body having excellent tensile strength (1000 MPa or more). On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1300 ° C., the life of the sintering furnace is shortened, which is economically disadvantageous. The sintering time is preferably 10 to 180 minutes.

かかる手順に従い、本発明に従う粉末冶金用混合粉末を用いて得られた焼結体は、従来の粉末を同じ条件で成形、焼結して得られる焼結体に比べて、優れた引張強さと靭性を有する。   According to such a procedure, the sintered body obtained by using the mixed powder for powder metallurgy according to the present invention has an excellent tensile strength compared to a sintered body obtained by molding and sintering a conventional powder under the same conditions. It has toughness.

また、得られた焼結体には、さらに任意に強化処理を施すことができる。前記強化処理としては、例えば、浸炭焼入れ、光輝焼入れ、高周波焼入れ、浸炭窒化処理などが挙げられる。しかし、これら強化処理を行わない場合であっても、本発明に従う粉末冶金用混合粉末を用いた焼結体は、従来の強化処理を行わない焼結体に比べて強度および靭性が改善されている。なお、各強化処理は常法に従って行えば良い。   Further, the obtained sintered body can be further optionally subjected to a strengthening treatment. Examples of the strengthening treatment include carburizing quenching, bright quenching, induction quenching, and carbonitriding. However, even when these strengthening treatments are not performed, the sintered body using the powder metallurgy mixed powder according to the present invention has improved strength and toughness compared to the conventional sintered body without the strengthening treatment. Yes. In addition, each reinforcement | strengthening process should just be performed according to a conventional method.

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の例だけに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited only to the following examples.

以下の手順で粉末冶金用混合粉末を製造した。   A mixed powder for powder metallurgy was produced by the following procedure.

(第1の混合工程)
鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末を得た。前記鉄基粉末としては、表1に示す見掛密度を有するアトマイズ生粉を用いた。鉄基粉末の比表面積は、0.39m2/gであった。前記Mo含有粉末として、平均粒径:10μmの酸化Mo粉末を用いた。前記Cu含有粉末として、表1に示す平均粒径を有する亜酸化銅粉末を用いた。前記混合は、V型混合機を用いて15分間行った。なお、各粉末の配合量は、最終的に得られる粉末冶金用混合粉末におけるMoおよびCuの含有量が表1に示した値となるように調整した。
(First mixing step)
The iron-based powder was mixed with a Mo-containing powder and a Cu-containing powder to obtain a raw material mixed powder. As the iron-based powder, atomized raw powder having an apparent density shown in Table 1 was used. The specific surface area of the iron-based powder was 0.39 m 2 / g. As the Mo-containing powder, oxidized Mo powder having an average particle size of 10 μm was used. As the Cu-containing powder, cuprous oxide powder having an average particle size shown in Table 1 was used. The mixing was performed for 15 minutes using a V-type mixer. In addition, the compounding quantity of each powder was adjusted so that content of Mo and Cu in the mixed powder for powder metallurgy finally obtained might become the value shown in Table 1.

(拡散付着工程)
次いで、得られた原料混合粉末を熱処理することにより、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuを拡散付着させて部分拡散合金鋼粉とした。前記熱処理は、露点:30℃の水素雰囲気中で、温度:880℃、時間:1時間の条件で行った。
(Diffusion adhesion process)
Next, by heat-treating the obtained raw material mixed powder, Mo and Cu were diffused and adhered to the surface of the iron-based powder to obtain a partially diffused alloy steel powder. The heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere with a dew point of 30 ° C. under conditions of a temperature of 880 ° C. and a time of 1 hour.

なお、一部の比較例(No.1、3)においては、第1の混合工程においてCu含有粉末を添加することに代えて、第2の混合工程において金属Cu粉末を添加し、第1の混合工程ではMo含有粉末のみを添加し、その後、上記拡散付着工程を実施した。また、比較のために、No.29においては、第1の混合工程において、上記鉄基粉末に、平均粒径8μmの金属Ni粉末、平均粒径28μmの金属Cu粉末(No.1、3の比較例と同じ金属Cu粉)、および平均粒径10μmの酸化Mo粉末(本発明例と同じ酸化Mo粉)を混合し、上記拡散付着工程を実施した。No.29における部分拡散合金鋼粉の組成は、4%Ni−1.5%Cu−0.5%Mo−Feであった。   In some comparative examples (No. 1, 3), instead of adding the Cu-containing powder in the first mixing step, the metal Cu powder is added in the second mixing step, and the first In the mixing step, only the Mo-containing powder was added, and then the diffusion adhesion step was performed. For comparison, no. 29, in the first mixing step, to the iron-based powder, a metal Ni powder having an average particle size of 8 μm, a metal Cu powder having an average particle size of 28 μm (the same metal Cu powder as in Comparative Examples No. 1 and 3), And the oxidation Mo powder (the same oxidation Mo powder as the example of this invention) with an average particle diameter of 10 micrometers was mixed, and the said diffusion adhesion process was implemented. No. The composition of the partially diffused alloy steel powder in 29 was 4% Ni-1.5% Cu-0.5% Mo-Fe.

(粉砕・分級)
得られた部分拡散合金鋼粉に対して、次の手順で粉砕と分級を行った。まず、上記熱処理によって部分拡散合金鋼粉が固まることがあるので、それを粉砕するために、ハンマミルによる粉砕を3回実施した。この際、前記ハンマミルのロストルの目開きを、3mm(1回目)、2mm(2回目)、1mm(3回目)と順に小さくした。次いで、粉砕された粉末を、目開き180μmの振動篩にかけ、篩上に残った粗粉を除去・廃棄し、篩下の粒度180μm以下の部分のみを回収して、次の第二の混合工程に供した。
(Crushing and classification)
The obtained partial diffusion alloy steel powder was pulverized and classified by the following procedure. First, since the partial diffusion alloy steel powder may be hardened by the heat treatment, pulverization with a hammer mill was performed three times in order to pulverize the powder. At this time, the opening of the hammer mill rostral was reduced in order of 3 mm (first time), 2 mm (second time), and 1 mm (third time). Next, the pulverized powder is passed through a vibrating sieve having an opening of 180 μm, and the coarse powder remaining on the sieve is removed and discarded, and only the portion of the particle size of 180 μm or less under the sieve is collected, and the next second mixing step It was used for.

(第二の混合工程)
次いで、前記部分拡散合金鋼粉に、表1に示す含有量となるように黒鉛粉(平均粒径:5μm)を添加した。次いで、さらに、粉末冶金用混合粉末:100質量部に対して0.6質量部となるようにエチレンビスステアリン酸アミドを添加したのち、V型混合機で15分間混合した。
(Second mixing step)
Subsequently, graphite powder (average particle diameter: 5 μm) was added to the partially diffused alloy steel powder so as to have the content shown in Table 1. Subsequently, ethylene bis-stearic acid amide was further added so that it might become 0.6 mass part with respect to 100 mass parts of mixed powder for powder metallurgy, Then, it mixed for 15 minutes with the V-type mixer.

なお、表中の合金鋼粉の残部は鉄および不可避不純物であるが、本発明で用いた合金鋼粉中の不可避不純物量はいずれも部分合金鋼粉量に対し0.2%以下であった。また、No.1、3においては、粉末冶金用混合粉末におけるCu含有量が表1に示した値となるように、黒鉛粉とともに金属Cu粉末を混合した。   The balance of the alloy steel powder in the table is iron and inevitable impurities, but the amount of inevitable impurities in the alloy steel powder used in the present invention is 0.2% or less with respect to the amount of partial alloy steel powder. . No. In 1 and 3, the metal Cu powder was mixed with the graphite powder so that the Cu content in the mixed powder for powder metallurgy would be the value shown in Table 1.

(成形)
その後、上記粉末冶金用混合粉末を加圧成形して、長さ:55mm、幅:10mm、厚さ:10mmの棒状成形体を作製した。前記成形体は、各粉末冶金用混合粉末から10個ずつ作成した。また、前記成形体の密度は7.0Mg/m3とした。
(Molding)
Thereafter, the mixed powder for powder metallurgy was pressure-molded to produce a rod-shaped compact having a length: 55 mm, a width: 10 mm, and a thickness: 10 mm. Ten compacts were prepared from each powder metallurgy mixed powder. The density of the molded body was 7.0 Mg / m 3 .

(焼結)
前記棒状成形体を焼結して、棒状焼結体とした。前記焼結は、還元性雰囲気であるプロパン変成ガス雰囲気中にて、温度:1130℃、時間:20分の条件で行った。
(Sintering)
The rod-shaped molded body was sintered to obtain a rod-shaped sintered body. The sintering was performed in a propane modified gas atmosphere, which is a reducing atmosphere, under conditions of temperature: 1130 ° C. and time: 20 minutes.

次に、上記手順で得た粉末冶金用混合粉末および棒状焼結体の特性を、以下の方法で評価した。得られた結果は、表1に示した通りである。   Next, the characteristics of the mixed powder for powder metallurgy obtained by the above procedure and the rod-shaped sintered body were evaluated by the following methods. The obtained results are as shown in Table 1.

(粉末冶金用混合粉末の流動性)
上記粉末冶金用混合粉末から試験粉100gを採取し、5mmφのノズルを通過させた。その際、停止することなく全量流れきったものを合格(○)、全量あるいは一部が詰まって流れなかったものを不合格(×)と判定した。
(Fluidity of mixed powder for powder metallurgy)
100 g of test powder was sampled from the powder mixture for powder metallurgy and passed through a 5 mmφ nozzle. At that time, it was determined that a sample that completely flowed without stopping was passed (◯), and a sample that did not flow because all or part of the sample flowed was determined to be rejected (x).

(引張強さ)
上記10本の棒状焼結体のうちの5本から、平行部直径5mm、評点間距離15mm、の引張試験片を、各1本ずつ、計5本切り出した。得られた引張試験片に対し、ガス浸炭、焼入れ、および焼戻しを、それぞれ以下の条件で順次施した。
・ガス浸炭: カーボンポテンシャル:0.8mass%、温度:870℃、時間:60分
・焼入れ: 温度:60℃、油焼入れ
・焼戻し: 温度:180℃、時間:60分
(Tensile strength)
A total of five tensile test pieces each having a parallel part diameter of 5 mm and a distance between scores of 15 mm were cut out from five of the ten rod-shaped sintered bodies. The obtained tensile test piece was sequentially subjected to gas carburizing, quenching, and tempering under the following conditions.
-Gas carburization: Carbon potential: 0.8 mass%, Temperature: 870 ° C, Time: 60 minutes · Quenching: Temperature: 60 ° C, Oil quenching and tempering: Temperature: 180 ° C, Time: 60 minutes

上記手順で得た引張試験片を用い、JIS Z 2241に規定される方法により引張試験を行って、引張強さを測定した。前記引張強さの値は、5つの試験片における測定値の平均値とした。さらに、測定された引張強さが1000MPa以上の場合を合格(○)、1000MPa未満の場合を不合格(×)と判定した。   Using the tensile test piece obtained by the above procedure, a tensile test was performed by the method specified in JIS Z 2241 to measure the tensile strength. The value of the tensile strength was the average value of the measured values of the five test pieces. Furthermore, the case where the measured tensile strength was 1000 MPa or more was determined to be acceptable (◯), and the case where it was less than 1000 MPa was determined to be unacceptable (x).

(靭性)
焼結体の靭性を評価するために、シャルピー衝撃試験を実施した。前記シャルピー衝撃試験では、上記10本の棒状焼結体のうちの残りの5本を、そのままの形状で試験片として用い、JIS Z 2242で規定される方法により衝撃値を測定した。なお、前記シャルピー衝撃試験に先だって、前記棒状焼結体に、上記引張試験片と同様の条件でガス浸炭、焼入れ、および焼戻しを施した。前記衝撃値は、5つの試験片における測定値の平均値とした。さらに、測定された衝撃値が14.5J/cm2以上の場合を合格(○)、14.5J/cm2未満の場合を不合格(×)と判定した。
(Toughness)
In order to evaluate the toughness of the sintered body, a Charpy impact test was performed. In the Charpy impact test, the remaining five of the ten rod-shaped sintered bodies were used as they were as test pieces, and the impact value was measured by the method defined in JIS Z 2242. Prior to the Charpy impact test, the rod-shaped sintered body was subjected to gas carburization, quenching, and tempering under the same conditions as the tensile test piece. The impact value was an average value of measured values of five test pieces. Furthermore, the case where the measured impact value was 14.5 J / cm 2 or more was determined to be acceptable (◯), and the case where it was less than 14.5 J / cm 2 was determined to be unacceptable (x).

Figure 2017043094
Figure 2017043094

表1に示した結果から分かるように、発明例の条件を満たす実施例においては、Niを用いていないにもかかわらず、Niを用いた比較例(No.29)と同等以上の引張強さおよび靭性を有する焼結体を得ることができた。さらに前記実施例の粉末冶金用合金鋼粉は、優れた流動性を有していた。   As can be seen from the results shown in Table 1, in the examples satisfying the conditions of the invention example, the tensile strength equal to or higher than that of the comparative example (No. 29) using Ni, although Ni is not used. And the sintered compact which has toughness was able to be obtained. Furthermore, the alloy steel powder for powder metallurgy of the above example had excellent fluidity.

Claims (4)

鉄基粉末に、Mo含有粉末とCu含有粉末とを混合して原料混合粉末とする第1の混合工程と、
前記原料混合粉末を熱処理することにより、前記鉄基粉末表面にMoおよびCuを拡散付着させて部分拡散合金鋼粉とする拡散付着工程と、
前記部分拡散合金鋼粉に、黒鉛粉を混合して粉末冶金用混合粉末とする第2の混合工程とを有する粉末冶金用混合粉末の製造方法であって、
前記鉄基粉末の平均粒径が30〜120μmであり、
前記Cu含有粉末として亜酸化銅粉を使用し、
前記粉末冶金用混合粉末の成分組成を、Mo:0.2〜1.5mass%、Cu:0.5〜4.0mass%、C:0.1〜1.0mass%、ならびに残部のFeおよび不可避不純物からなる成分組成とする、粉末冶金用混合粉末の製造方法。
A first mixing step of mixing a Mo-containing powder and a Cu-containing powder with an iron-based powder to obtain a raw material mixed powder;
A diffusion adhesion process in which Mo and Cu are diffused and adhered to the surface of the iron-based powder to form a partial diffusion alloy steel powder by heat-treating the raw material mixed powder;
A method of producing a mixed powder for powder metallurgy comprising a second mixing step of mixing the partially diffused alloy steel powder with graphite powder to obtain a mixed powder for powder metallurgy,
The iron-based powder has an average particle size of 30 to 120 μm,
Using cuprous oxide powder as the Cu-containing powder,
The composition of the mixed powder for powder metallurgy includes Mo: 0.2 to 1.5 mass%, Cu: 0.5 to 4.0 mass%, C: 0.1 to 1.0 mass%, and the balance of Fe and inevitable. A method for producing a mixed powder for powder metallurgy having a component composition comprising impurities.
前記Cu含有粉末の平均粒径が5μm以下である、請求項1に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。   The manufacturing method of the mixed powder for powder metallurgy of Claim 1 whose average particle diameter of the said Cu containing powder is 5 micrometers or less. 請求項1または2に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法で得た粉末冶金用混合粉末を成形し、焼結する、焼結体の製造方法。   The manufacturing method of the sintered compact which shape | molds and sinters the mixed powder for powder metallurgy obtained by the manufacturing method of the mixed powder for powder metallurgy of Claim 1 or 2. 請求項3に記載の焼結体の製造方法で得られる焼結体。   The sintered compact obtained by the manufacturing method of the sintered compact of Claim 3.
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