KR101187136B1

KR101187136B1 - 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체

Info

Publication number: KR101187136B1
Application number: KR1020107002270A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 구도; 사또시 후루따; 유우지 다니구찌
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2012-09-28
Also published as: JP5260913B2; CN101772389B; TW200936780A; CN101772389A; JP2009035796A; TWI392747B; KR20100039380A; WO2009019952A1

Abstract

본 발명은, 철기 분말, 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물을 포함하는 분말 야금용 철계 혼합 분말이며, 상기 복합 산화물이, 800℃에 있어서 10⁵(poise) 이하의 점성을 갖고, 상기 복합 산화물의 함유량이, 혼합 분말 전체 질량에 대해, 0.05 내지 1.5질량％인 분말 야금용 철계 혼합 분말에 관한 것이다. 본 발명의 분말 야금용 철계 혼합 분말에 따르면, 강도를 저하시키지 않고, 피삭성이 향상된 철분 소결체를 얻을 수 있다. 그리고 이 철분 소결체는, 철분 소결체에 포함되는 복합 산화물이 절삭 중에 용융되어 윤활 효과를 발휘하므로, 공구 마모를 억제할 수 있어, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체 {IRON-BASED MIXED POWDER FOR POWDER METALLURGY AND IRON POWDER SINTER}

본 발명은, 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분(鐵粉) 소결체에 관한 것으로, 특히 자동차용의 고강도 소결 부재로서 적합한 철분 소결체를 얻을 수 있는 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체에 관한 것이다.

금속 분말을 금형 내에서 가압?성형한 후, 소결하여 소결체로 하는 분말 야금법은, 복잡한 형상의 기계 부품도 고정밀도로 제조할 수 있으므로, 높은 치수 정밀도가 요구되는 기어 등의 자동차 부품의 제조에 널리 적용되어 있다.

현실적으로는, 금형을 사용한 프레스 성형의 제약상, 많은 소결 부품에는 최종 공정에서 어느 하나의 기계 가공이 실시된다. 그러나 소결 부품은, 동일 조성의 용제재에 비해 피삭성이 좋지 않은 것이 확인되어 있다. 따라서, 그 개선책으로서 다양한 수단이 강구되어 있고, 예를 들어 분말 야금용 철계 혼합 분말이나 철분 소결체 등에 있어서, MnS 분말이나 산화물 등의 첨가를 행하는 방법이 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에는, 절삭성 개선용 분말로서 피로인산 칼슘을 이용하고, 이 피로인산 칼슘을, 철기 분말, 합금용 분말 및 절삭성 개선용 분말의 합계량에 대해, Ca 환산으로 0.02 내지 0.40질량％ 함유한 분말 야금용 철기 혼합 분말(분말 야금용 철계 혼합 분말)이 개시되어 있다.

특허 문헌 2에는, CaO-Al₂O₃-SiO₂계 복합 산화물을 0.05 내지 0.15질량％ 함유한 분말 야금용 철계 혼합 분말이 개시되어 있고, 특허 문헌 3에는 CaO-Al₂O₃-SiO₂계 복합 산화물을 0.02 내지 0.3질량％ 함유한 분말 야금용 철계 혼합 분말이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 4에는, CaO-MgO-SiO₂계의 복합 산화물을 금속 매트릭스에 분산시킨 소결 재료(소결체)가 개시되어 있다.

특허 문헌 5에는, C:0.1 내지 0.6질량％의 용제재에 있어서, Na, Li, B 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화물의 강 중에 포함되는 개수를 규정한 기계 구조용 강(쾌삭강)이 개시되어 있고, 특허 문헌 6에는 C:0.02 내지 0.15질량％의 용제재에 있어서, Na, Li, B 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화물의 강 중에 포함되는 개수를 규정한 쾌삭강이 개시되어 있다.

특허 문헌 7에는, 펄라이트를 주체로 하는 기지(基地) 중에 구리 또는 구리 주석계 합금 상(相) 및 유리(遊離) 흑연이 분산된 조직을 나타내는 소결 밸브 가이드재(소결체)가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 8에는, 혼합 분말 전체의 질량비로, 흑연 분말을 0.1 내지 2.0질량％ 및 산화 붕소 분말을 0.01 내지 1.0질량％ 혼합 첨가한 쾌삭성 철계 소결 합금(소결체)이 개시되어 있다.

그러나 종래의 분말 야금용 철계 혼합 분말이나 철분 소결체 등에는, 이하에 나타내는 문제가 있었다.

특허 문헌 1 내지 4에 기재된 발명에서는, 예를 들어 특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, 사용하는 산화물은 비교적 저융점이라고는 하지만, 실제의 융점은 1000℃를 초과하는 것이며, 이들 산화물은 고융점이라고 할 수 있다. 그로 인해, 산화물이 용융할 수 있는 V200m/min 정도 이상의 고속 절삭밖에 적용할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

특허 문헌 5, 6에 기재된 쾌삭강은, 용제재를 대상으로 하는 것이며, 소결 부품과는 재료적으로 상이하므로, 소결 부품에 있어서의 기술과는 기본적으로 상이한 것이다. 따라서, 특허 문헌 5, 6에 기재된 기술을 소결 부품에 그대로 적용할 수 있는 것이 아니다.

즉, 특허 문헌 5, 6에 기재된 발명에서는, 산화물은 철 매트릭스 중에 구(球) 혹은 타원 형상으로 균일하게 존재하고 있는 것에 대해, 소결체에는 기공이 존재하기 때문에, 산화물은 소결 중에 용융하여 철분 표면을 덮도록(즉, 철 중이 아닌) 기공 중에 존재하고 있다. 또한, 특허 문헌 5, 6에 기재된 발명의 효과는, 용융 취화에 의한 절삭 칩 분단성이 향상되는 점에 있다. 이 점에서는, 철분 소결체에는 원래 기공이 존재하므로, 용융 취화를 목적으로 한 것은 아니며, 효과도 상이한 것이라고 할 수 있다. 또한, 철분 소결체는 기공을 가지므로 강도적으로 불리하기 때문에, C량을 용제재보다도 많게 하여 강도를 확보하고 있다.

특허 문헌 7, 8에 기재된 발명에서는, 예를 들어 특허 문헌 8에 기재된 바와 같이, 첨가된 B₂O₃이 소결 중에 용융하여 흑연의 철분 중으로의 침탄을 억제하고, 유리 흑연을 소결체의 기공 중에 잔류시킨다. 이 유리 흑연의 윤활 효과에 의해 피삭성은 향상되지만 침탄이 억제되므로, 강도가 저하된다고 하는 문제가 있었다.

그 밖에, 피삭성을 향상시키기 위해 일반적으로 행해지는 MnS 첨가에서는, S에 의해 작업 환경이 오염된다고 하는 문제나 강도 저하의 원인이 된다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌1:일본특허출원공개제2004-115847호공보 특허문헌2:일본특허출원공개평9-279203호공보 특허문헌3:일본특허출원공개평9-279204호공보 특허문헌4:일본특허출원공개평8-260113호공보 특허문헌5:일본특허출원공개제2001-214239호공보 특허문헌6:일본특허출원공개제2001-214240호공보 특허문헌7:일본특허출원공개제2002-069599호공보 특허문헌8:일본특허출원공개제2000-144350호공보

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 강도를 저하시키는 일 없이, 일반적인 절삭 조건 영역인 V100 내지 200m/min 정도의 절삭에 있어서도, 양호한 피삭성을 갖는 철분 소결체를 얻을 수 있는 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 이하에 서술하는 사항에 대해 검토를 행하였다.

절삭시에 생성되는 절삭 칩은 공구 경사면 바로 앞의 전단 영역에서 전단 변형되지만, 철분 소결체는 기공을 갖고 있으므로, 절삭 칩의 전단 변형시에 기공을 기점으로 한 균열이 절삭 칩 중의 철분 계면을 따라 전단 변형 방향으로 발생한다. 따라서, 본 발명자들은 이 거동에 착안하여, 철분 계면을 매끄럽게 함으로써, 이 절삭 칩 내의 전단 변형력의 저감, 즉 절삭 저항의 저감으로 이어져, 공구 마모를 억제할 수 있지 않을까 생각하였다. 그 결과, 철분 계면을 매끄럽게 하는 수단으로서, 복합 산화물에 의한 윤활 효과를 발견함으로써 본 발명을 이루는 것에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 이하의 (1) 내지 (4)에 관한 것이다.

(1) 철기 분말, 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물을 포함하는 분말 야금용 철계 혼합 분말이며,

상기 복합 산화물이, 800℃에 있어서 10⁵(poise) 이하의 점성을 갖고,

상기 복합 산화물의 함유량이, 혼합 분말 전체 질량에 대해, 0.05 내지 1.5질량％인 분말 야금용 철계 혼합 분말.

이와 같이 구성하면, 분말 야금용 철계 혼합 분말이, 800℃에 있어서의 점성이 10⁵(poise) 이하인 복합 산화물을 함유함으로써, 이 복합 산화물이 분말 야금용 철계 혼합 분말로 제조되는 철분 소결체의 절삭 중에 용융하여 철분 계면이 매끄러워진다. 이에 의해, 철분 소결체의 절삭시에 있어서의 절삭 칩 내의 전단 변형력이 저감되어, 공구 마모가 억제된다. 또한, 복합 산화물의 함유량을, 혼합 분말 전체 질량에 대해, 0.05 내지 1.5질량％로 함으로써, 기계적 특성(강도 등)이 저하되는 일 없이 피삭성이 향상된다.

(2) 상기 복합 산화물이, B, Na, Li, K, Mn, Mg, Ca, Ba 및 Si로 이루어지는 원소군 중으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 산화물을 함유하는 (1)에 기재된 분말 야금용 철계 혼합 분말.

이와 같이 구성하면, 피삭성이 더욱 향상되는 동시에, 강도의 저하가 억제된다.

(3) 상기 복합 산화물의 융점이, 1000℃ 이하인 (1)에 기재된 분말 야금용 철계 혼합 분말.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 분말 야금용 철계 혼합 분말의 압분체를 소결함으로써 얻어지는 철분 소결체.

이와 같이 구성하면, 본 발명의 철분 소결체는, 상기한 분말 야금용 철계 혼합 분말의 압분체를 소결함으로써 얻어지므로, 강도가 저하되는 일 없이 양호한 피삭성을 갖는다.

본 발명의 분말 야금용 철계 혼합 분말에 따르면, 강도를 저하시키지 않고, 피삭성이 향상된 철분 소결체를 얻을 수 있다. 그리고 이 철분 소결체는, 철분 소결체에 포함되는 복합 산화물이 절삭 중에 용융하여 윤활 효과를 발휘하므로, 공구 마모를 억제할 수 있어, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 철분 소결체에 따르면, 소결체의 강도를 저하시키지 않고, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 그로 인해, 공구 마모를 억제할 수 있어, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 소결체에 있어서의 산화물의 함유량과, 마모 폭(㎛)의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 2는 소결체에 있어서의 산화물의 함유량과, 압환 강도(㎫)의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 3은 압환 강도(㎫)와, 마모 폭(㎛)의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 4는 산화물의 800℃에 있어서의 점성과, 마모 폭(㎛)의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 5는 소결체에 있어서의 흑연 분말(C)의 함유량과, 압환 강도(㎫)의 관계를 나타내는 그래프도이다.

이하, 본 발명에 관한 분말 야금용 철계 혼합 분말(이하, 적절하게, 혼합 분말이라고도 함) 및 철분 소결체(이하, 적절하게, 소결체라고도 함)에 대해, 상세하게 설명한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 질량으로 정의되는 모든 백분율 등은 중량으로 정의되는 그것과 동일한 의미이다.

?분말 야금용 철계 혼합 분말?

분말 야금용 철계 혼합 분말은, 철기 분말에, 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물을 혼합한 것이다. 이하, 각 구성에 대해 설명한다.

<철기 분말>

철기 분말(철 분말)로서는, 아토마이즈 철분, 환원 철분 등의 순(純)철분, 혹은 순철분 대신에, 합금 원소를 미리 합금한 강 분말(예비 합금 강 분말)이나 합금 원소가 부분 합금화된 강 분말(부분 합금화 강 분말)을 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 이들을 단독으로 사용해도 좋고, 혼합하여 사용해도 좋다.

<흑연 분말>

C로 이루어지는 원소 광물인 흑연 분말은, 고용 강화에 의해 소결체의 강도를 높이는 효과가 있다.

본 발명은, 흑연 분말의 함유량은 특별히 규정하지 않는다. 그러나 흑연 분말의 함유량과 소결체의 강도는 상관이 있고, 피삭성의 관점에서도 함유량은 대략 규정된다.

통상, 소결체에 있어서는, 압환 강도 630㎫ 정도가 필요하므로, 강도면에 있어서의 실용적인 관점에서, 흑연 분말의 함유량(C의 함유량)은 0.4질량％ 이상에서 적용되는 경우가 많다. 본 발명에 있어서의 복합 산화물 첨가재(소결체)에 있어서는, 산화물 무첨가재와 비교하여, 강도의 저하가 없는 데 더하여 피삭성을 향상시키는 것을 목적으로 하지만, 흑연 분말의 함유량이 0.4질량％ 미만이면, 강도가 지나치게 낮아 실용적이지 않다. 따라서, 흑연 분말의 함유량은, 0.4질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강도의 향상을 도모하는 관점에서는, 0.6질량％ 이상이 바람직하다.

상한에 대해서도, 특별히 규정은 없지만, 3.0질량％를 초과하면, 초석 시멘타이트의 영향으로 강도가 저하되기 쉬워지므로, 3.0질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Fe-C계의 소결체 이상으로 강도가 필요한 경우, 필요한 강도 레벨에 따라서, Mo 및 Ni 등의 합금 원소를 첨가하는 경우가 있지만, 이 경우에 있어서도 강도가 저하되는 일 없이, 피삭성을 향상시킬 수 있다.

Cu 분말은, 소결성의 향상, 나아가서는 소결체의 강도 및 피로 특성의 향상에 유효하게 기여하지만, 그것을 위해서는 0.5질량％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 3.5질량％를 초과하면, 강도 및 피로 특성의 저하를 초래하기 쉬워진다. 따라서, Cu 분말의 함유량은, 0.5 내지 3.5질량％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 Cu 분말은, CuP, CuSi 및 CuMn 분말로서 함유시켜도 동등한 역할이 된다.

<복합 산화물>

본 발명에 있어서 복합 산화물이라 함은, 소정 원소의 산화물을 2종 이상 혼합한 것이다.

혼합 분말이 복합 산화물(이하, 적절하게, 산화물이라고도 함)을 함유함으로써, 이 복합 산화물의 윤활 효과에 의해 철분 계면을 매끄럽게 할 수 있다. 이에 의해, 소결체의 절삭시에 있어서의 절삭 저항을 저감시킬 수 있어, 공구 마모를 억제할 수 있다.

또한, 산화물을 단독으로 첨가한 경우에는, 산화물의 융점이 높기 때문에, 절삭시 및 소결시에 산화물을 용융할 수 없다. 그로 인해, 피삭성의 향상 효과가 없고, 또한 산화물의 입경이 큰 경우에는 강도 저하의 요인이 된다. 단, B를 함유하는 단독의 산화물(예를 들어, B₂O₃)은, 저융점이기는 하지만(B₂O₃의 융점:450℃), 철분 중으로의 흑연의 침탄을 억제하는 침탄 억제 작용에 의해 강도를 저하시킨다.

본 발명에 있어서는, 복합 산화물로 함으로써, 저융점화를 도모할 수 있다.

복합 산화물은, 800℃에 있어서의 점성이 10⁵(poise) 이하이다.

소결체의 절삭시에 있어서의 날 끝 온도는, 강재 조성에도 의존하지만, 건식의 V150m/min으로, 고작 800℃이다. 본 발명에 있어서는, 상기한 복합 산화물의 윤활 효과에 의해 공구 수명을 향상시키고 있지만, 피삭성 향상에는 날 끝 온도 영역에 있어서의 산화물 점성이 중요하여, 800℃에 있어서의 점성을 10⁵(poise) 이하로 할 필요성이 있다. 800℃에 있어서의 점성이 10⁵(poise)를 초과하면, 복합 산화물이 경질화되어 윤활 효과를 발휘할 수 없다.

또한, 하한은 특별히 규정은 없지만, 10^-2(poise) 미만이면, 끈기가 없어 윤활 효과가 얻어지기 어렵기 때문에, 10^-2(poise) 이상이 바람직하다. 또한, 종래의 산화물을 활용한 쾌삭강은, 벨라그(belag)라고 불리는 산화 피막이 공구 날 끝에 부착되어, 이 산화 피막의 보호 작용에 의해 공구 마모를 억제하고 있었다. 이 경우의 산화물 점성은, 대략 연화점에 있다고 일컬어지고 있고, 10⁸(poise) 정도가 된다.

복합 산화물의 함유량은, 혼합 분말 전체 질량에 대해, 0.05 내지 1.5질량％로 한다.

복합 산화물의 함유량이 0.05질량％ 미만에서는, 윤활 효과를 얻기 위해서는 함유량이 불충분하여, 피삭성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 1.5질량％를 초과하면, 이 복합 산화물이, 기계적 특성(강도 등)의 저하 등의 소결체에 있어서의 결함의 원인이 된다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5질량％이다.

여기서, 복합 산화물은 B, Na, Li, K, Mn, Mg, Ca, Ba 및 Si로 이루어지는 원소군 중으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 산화물을 함유하는 것이 바람직하다.

즉, 복합 산화물은 2종 이상의 산화물로 이루어지는 것이지만, 그 중 적어도 1종의 산화물이, 상기한 원소의 산화물인 것이 바람직하다.

본 발명자들의 검토에 의해, 상기한 원소의 산화물을 복합화하여 함유시킴으로써, 강도를 저하시키는 일 없이, 피삭성이 더욱 향상되는 것을 알 수 있었다.

상기한 조건을 만족하는 복합 산화물로서는, 예를 들어 Na₂O-SiO₂, B₂O₃-Na₂O-SiO₂, B₂O₃-K₂O, B₂O₃-Li₂O 및 B₂O₃-Na₂O 등을 들 수 있지만, 그 밖에 점성이 10⁵(poise) 이하가 되는 복합 산화물로서, B₂O₃-MnO, B₂O₃-CaO, Li₂O-MnO 및 Na₂O-BaO-SiO₂ 등을 들 수 있다.

또한, 복합 산화물이 2종 이상의 산화물로 이루어지는 것으로 한 경우, 상기한 B, Na, Li, K, Mn, Mg, Ca, Ba 또는 Si의 산화물 이외의 산화물은, Al₂O₃이나 FeO 등이라도 좋다.

여기서, 복합 산화물의 윤활 효과에 의해 피삭성 향상 효과를 높이기 위해서는, 복합 산화물이 연화 혹은 용융될 필요가 있다. 예를 들어, 복합 산화물의 융점은, 대략 1000℃ 이하이고, 복합 산화물의 연화점은 일반적으로 융점의 70％ 정도의 온도라 일컬어지고 있다. 따라서, 복합 산화물이 연화되기 위해서는 융점 1000℃가 기준이 된다. 또한, 복합 산화물의 융점과 점성은 반드시 비례 관계에 있는 것은 아니지만, 상관 관계는 있다. 따라서, 복합 산화물을 적절한 점성으로 하는 관점에서, 융점은 대략 1000℃ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 복합 산화물의 입경은, 80㎛ 이하가 바람직하다. 본 발명에 있어서의 복합 산화물의 융점은 대략 1000℃ 이하로 상정하고 있지만, 통상의 철분의 소결은 1120 내지 1250℃에서 행해지므로, 소결시에 용융 연화되고, 소결 후에는 첨가시의 원형을 남기고 있지 않다. 그로 인해, 첨가한 복합 산화물의 입경이 피삭성, 강도에 직접 미치는 영향은 크지는 않다. 단, 첨가시의 복합 산화물의 크기가 소결 후에 기공으로 될 수도 있으므로, 복합 산화물의 입경은 약 100㎛인 철기 분말의 직경보다 작아지는 80㎛를 상한으로 하는 것이 바람직하고, 50 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 하한은 특별히 규정은 없지만, 입경을 미세하게 하면, 그만큼 분쇄 비용도 든다.

또한, 상기 복합 산화물을 제작하는 데 있어서, 복합 산화물의 제작 온도는 반드시 융점 이상으로 하여 용융할 필요는 없고(아른바, 프리 멜트), 융점으로부터 약 100℃ 정도 낮은 온도보다 높으면 된다(예를 들어, 융점이 1000℃이면, 제작 온도는 대략 900℃ 이상이며 특별히 상한은 없음). 또한,「복합 산화물을 제작」이라 함은, 원료를 용융시켜 균일화시키지 않고도, 고온 유지하여 확산시켜, 균일화에 가까운 상태로 하는 것을 말한다.

본 발명에 관한 혼합 분말은, 상기한 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물 이외에도 윤활제인 유기물을 성형용으로 하여 혼합하는 구성으로 해도 상관없다. 유기물로서는, 예를 들어 스테아린산 아연, 에틸렌비스스테아릴아미드 등이다. 또한, 유기물의 혼합량은, 유기물의 전체 혼합 분말 중의 배합 질량％로서, 0.5 내지 1.2질량％의 범위인 것이 바람직하다. 함유량이 0.5질량％ 미만에서는, 소결체의 제조시에 윤활제로서의 기능을 발휘하기 어렵고, 한편 1.2질량％를 초과하면, 소결체의 밀도 저하의 원인이 되기 쉽다.

다음에, 본 발명에 관한 철분 소결체에 대해, 상세하게 설명한다.

?철분 소결체?

철분 소결체는, 상기 설명한 분말 야금용 철계 혼합 분말의 압분체를 소결함으로써 얻어지는 것이다.

철분 소결체의 제조 방법의 일례로서는, 우선 혼합기 등을 이용하여, 상기한 철기 분말, 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물을 혼합하여, 분말 야금용 철계 혼합 분말로 한다. 혼합시에는, 윤활제로서, 스테아린산 아연 0.75질량％를 첨가해도 좋다. 다음에, 이 분말 야금용 철계 혼합 분말을, 예를 들어 5t/㎠의 성형압으로 성형하여, 압분체로 한다. 그리고 이 압분체를, 약산화성인 RX 가스, N₂ 가스, AX 가스 등의 분위기 중에서, 온도:1100 내지 1250℃, 시간:15 내지 60분의 조건에서 소결함으로써, 철분 소결체를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 분말 야금용 철계 혼합 분말에 따르면, 강도를 저하시키는 일 없이, 일반적인 절삭 조건 영역인 V100 내지 200m/min 정도의 절삭에 있어서도, 양호한 피삭성을 갖는 철분 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 철분 소결체는, 강도가 저하되는 일 없이, 일반적인 절삭 조건 영역인 V100 내지 200m/min 정도의 절삭에 있어서도 양호한 피삭성을 갖는다. 그로 인해, 공구 마모를 억제할 수 있어, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체의 실시예에 대해, 그 비교예와 비교하여 구체적으로 설명한다.

(제1 실시예)

표 1에 나타내는 성분 조성의 철분에, 흑연 분말 0.8질량％, Cu 분말 2.0질량％, 표 2에 나타내는 산화물 분말을 소정량 첨가하고(표 3 참조), 또한 윤활제로서 스테아린산 아연 0.75질량％를 첨가하고, 60분간, V형 혼합기에서 혼합하여, 분말 야금용 철계 혼합 분말로 하였다. 다음에, 이 분말 야금용 철계 혼합 분말을 금형 성형하여, 치수:외경 64㎜, 내경 24㎜, 높이 20㎜의 링 형상의 압분체로 하고, 이 압분체를 10％의 수소를 포함하는 질소 분위기 중에서, 1120℃?30분의 소결을 행하였다. 소결체의 밀도는, 성형시의 성형 압력을 조정하여, 6.8 내지 6.85g/㎤가 되도록 하였다.

또한, 표 2에 있어서의 산화물의 융점은 상태도, 액상 점성은 주로 문헌값을 이용하였다.

이와 같이 하여 얻어진 철분 소결체의 강도 및 피삭성을 평가하였다.

?피삭성?

피삭성은, 절삭 시험에 의해 행하였다.

<절삭 시험>

우선, 소결체 3개를 볼트에 통과시키고, 예비 링을 양측에 배치시켜 너트에 의해 끼워 넣고, 그 후 볼트를 선반의 센터에 고정하였다. 사용한 절삭 공구는, 스미또모 덴꼬오 하드메탈사제 G10E(K종 초경)이다. 절삭 조건은, 절삭 속도:150m/min, 이송 속도:0.1㎜/rev, 절입량:0.5㎜, 절삭 길이:100m, 절삭 양식:건식 연속 절삭이다. 이 절삭 시험에 의해, 절삭 공구의 최대 릴리프면 마모 폭(Vbmax)을 측정하였다. 합격 판정 기준은, 마모 폭이 70㎛ 이하인 것을 합격으로 하였다.

?강도?

강도는, JIS Z 2507에 규정하는 소결 오일 함유 베어링의 압환 강도 시험 방법에 준거하여 행하였다. 제1 실시예에서는, 보다 강도가 요구되는 소결 부재에의 적용을 상정하고, 흑연 분말을 0.8질량％ 첨가한 경우의 효과를 확인하기 위해, 합격 판정 기준은 압환 강도가 780㎫ 이상인 것을 합격으로 하였다.

이들 시험 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 표 3에 있어서, 본 발명의 범위를 만족하지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 10은, 본 발명의 범위를 만족하고 있으므로, 충분한 강도를 갖는 동시에, 피삭성이 우수하였다.

한편, 비교예 1은, 복합 산화물을 함유하고 있지 않으므로, 마모 폭이 커 피삭성이 열화되었다. 비교예 2는, B₂O₃을 단독으로 첨가한 것이므로, 침탄 억제에 의해 강도가 저하되었다. 비교예 3은, 복합 산화물의 함유량이 하한치 미만이므로, 마모 폭이 커 피삭성이 열화되었다. 비교예 4는, 복합 산화물의 함유량이 상한치를 초과하므로, 강도가 저하되었다. 비교예 5는, 복합 산화물의 800℃에 있어서의 점성이 상한치를 초과하므로(표 2의 No.1의 복합 산화물을 사용), 마모 폭이 커 피삭성이 열화되었다.

(제2 실시예)

다음에, 흑연 분말의 함유량의 영향을 조사하기 위해, 흑연 분말의 첨가량(C의 첨가량)을 0.4질량％, 0.6질량％ 또는 0.8질량％로 하고, 복합 산화물을 무첨가 혹은 0.3질량％로 하여 시험을 행하였다. 또한, 소결체의 제작 방법이나, 강도 및 피삭성의 평가 방법은, 상기 제1 실시예와 동일하다. 단, 제2 실시예에 있어서는, 흑연 분말의 함유량의 영향을 조사하는 것이며, 강도 및 피삭성의 합격 판정 기준은, 특별히 규정하지 않는다.

이들 시험 결과를 표 4에 나타낸다(시험 No.1 내지 6).

표 4에 나타내는 바와 같이, 흑연 분말의 첨가량이, 0.4질량％, 0.6질량％, 0.8질량％ 중 어느 것에 있어서도, 복합 산화물을 첨가한 경우에는, 강도가 저하되지 않고 피삭성이 향상되어 있었다.

이상의 결과에 대해, 소결체에 있어서의 산화물의 함유량과, 마모 폭(㎛)의 관계를 도 1에, 소결체에 있어서의 산화물의 함유량과, 압환 강도(㎫)의 관계를 도 2에, 압환 강도(㎫)와, 마모 폭(㎛)의 관계를 도 3에, 산화물의 800℃에 있어서의 점성과, 마모 폭(㎛)의 관계를 도 4에, 소결체에 있어서의 흑연 분말(C)의 함유량과, 압환 강도(㎫)의 관계를 도 5에 나타낸다. 또한, 도 3, 도 5에 있어서, 도면 작성의 편의상, 플롯한 점이 일부 중복되어 있는 부위가 있다.

표 3과 아울러 도 1 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 산화물을 0.05 내지 1.5질량％ 첨가한 소결체는, 공구 마모가 억제되고, 또한 충분한 강도를 갖고 있다. 단, 산화물의 함유량이 1.5질량％를 초과하면, 강도는 크게 저하되고, 0.05질량％ 미만이면, 피삭성이 크게 저하되어 있다. 또한, 산화물을 전혀 첨가하지 않는 경우는, 피삭성이 저하되고(마모 폭이 커지고), B₂O₃을 단독으로 첨가한 경우는, 침탄 억제에 의해 강도가 저하되어 있다. 또한, 800℃에 있어서의 점성이 10⁵(poise)를 초과하는 산화물을 첨가한 경우는, 피삭성이 저하되어 있다.

표 4와 아울러 도 5에 나타내는 바와 같이, 강도는 흑연 분말 첨가량에 따라서 향상되어 있다. 또한, 복합 산화물을 첨가하지 않으면 피삭성이 저하되지만, 복합 산화물을 첨가하면, 강도는 저하되지 않고 피삭성이 향상된다. 그리고 본 발명의 범위를 만족하는 소결체에 있어서는, 흑연 분말이 0.4질량％나 0.6질량％인 경우에 있어서도, 통상 요구되는 강도의 소결 부재에 적용할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 분말 야금용 철계 혼합 분말 및 철분 소결체에 대해 최량의 실시 형태 및 실시예를 나타내어 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 내용은, 상기한 기재에 기초하여 널리 개변?변경 등을 할 수 있는 것은 물론이다.

본 발명을 특정한 형태를 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변경 및 수정이 가능한 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

또한, 본 출원은, 2007년 8월 3일자로 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2007-203443호)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

또한, 본원에 인용되는 모든 참조는 전체로서 포함된다.

또한, 본 발명의 철분 소결체에 따르면, 소결체의 강도를 저하시키지 않고, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 그로 인해, 공구 마모를 억제할 수 있어, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

Claims

철기 분말, 흑연 분말, Cu 분말 및 복합 산화물을 포함하는 분말 야금용 철계 혼합 분말이며,
상기 복합 산화물(단, 규산 소다는 제외)이, B₂O₃-K₂O, B₂O₃-Li₂O 및 B₂O₃-Na₂O 중 어느 하나이고, 800℃에 있어서 10⁵(poise) 이하의 점성을 갖고,
상기 복합 산화물의 함유량이, 혼합 분말 전체 질량에 대해, 0.1 내지 1.5질량％인, 분말 야금용 철계 혼합 분말.
삭제
제1항에 있어서, 상기 복합 산화물의 융점이 1000℃ 이하인, 분말 야금용 철계 혼합 분말.
제1항 또는 제3항에 기재된 분말 야금용 철계 혼합 분말의 압분체를 소결함으로써 얻어지는, 철분 소결체.