KR102113996B1 - 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체 - Google Patents

철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체 Download PDF

Info

Publication number
KR102113996B1
KR102113996B1 KR1020177036350A KR20177036350A KR102113996B1 KR 102113996 B1 KR102113996 B1 KR 102113996B1 KR 1020177036350 A KR1020177036350 A KR 1020177036350A KR 20177036350 A KR20177036350 A KR 20177036350A KR 102113996 B1 KR102113996 B1 KR 102113996B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
sintered body
iron
type
weight
Prior art date
Application number
KR1020177036350A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180008730A (ko
Inventor
노부아키 아카기
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20180008730A publication Critical patent/KR20180008730A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102113996B1 publication Critical patent/KR102113996B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • B22F1/0014—
    • B22F1/02—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
    • C22C33/0221—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy comprising S or a sulfur compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
    • C22C33/0228—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy comprising other non-metallic compounds or more than 5% of graphite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/25—Oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/35—Complex boride, carbide, carbonitride, nitride, oxide or oxynitride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/45—Others, including non-metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/05—Submicron size particles
    • B22F2304/058—Particle size above 300 nm up to 1 micrometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말을, 소결한 후의 CaS의 중량비가 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하가 되도록 포함한다. 상기 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말은, 체적 평균 입자경이 0.1μm 이상 60μm 이하인 것이 바람직하고, Ca-Al-Si계 산화물 및 Ca-Mg-Si계 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 3원계 산화물을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 3원계 산화물과 상기 소결한 후의 CaS의 중량비가 3:7∼9:1인 것이 바람직하다.

Description

철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체
본 발명은 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그것을 이용하여 제작한 소결체에 관한 것으로, 보다 특정적으로는, 무수 II형의 황산 칼슘을 특정한 비율로 포함하는 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그것을 이용하여 제작한 소결체에 관한 것이다.
분말 야금은 다양한 기계 부품의 공업적 생산 방법으로서 널리 이용되고 있다. 철기 분말 야금의 순서는, 우선, 철기 분말과, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말 등의 합금용 분말과, 흑연 분말과, 윤활제를 혼합하는 것에 의해 혼합 분말을 준비한다. 다음으로, 이 혼합 분말을 금형에 충전해서 프레스 성형하고, 소결하는 것에 의해 소결체를 제작한다. 마지막으로, 이 소결체에 대해서 드릴 가공이나 선삭 가공 등의 절삭 가공을 실시하는 것에 의해 원하는 형상의 기계 부품으로 조정한다.
분말 야금의 이상은, 소결체에 절삭 가공을 실시함이 없이, 소결체를 기계 부품으로서 사용할 수 있도록 가공하는 것이다. 그러나, 상기 소결에 의해 원료 분말의 불균일한 수축이 생기는 경우도 있다. 근래에는 기계 부품에 요구되는 치수 정밀도가 높고, 부품 형상이 복잡화되어 있다. 이 때문에, 소결체에 절삭 가공을 실시하는 것은 필수가 되고 있다. 이와 같은 기술적 배경으로부터, 소결체를 원활히 가공할 수 있도록, 소결체에 피삭성을 부여하고 있다.
상기 피삭성을 부여하는 수단으로서, 황화 망가니즈(MnS) 분말을 혼합 분말에 첨가하는 수법이 있다. 황화 망가니즈 분말의 첨가는 드릴 천공 등의 비교적 저속의 절삭 가공에는 유효하다. 그러나, 황화 망가니즈 분말의 첨가는 근래의 고속 절삭 가공에서는 반드시 유효하지는 않다는 것, 소결체에 오염이 발생한다는 것, 기계적 강도가 저하된다는 것 등의 과제가 있다.
특허문헌 1(일본 특허공고 소52-16684호 공보)에는, 상기 황화 망가니즈의 첨가 이외의 피삭성을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1은, 철 분말의 소요량의 탄소와 구리를 함유하게 한 철계 원료 분말에 대해, 0.1∼1.0%의 황화 칼슘(CaS)과, 0.1∼2%의 탄소(C)와, 0.5∼5.0%의 구리(Cu)를 함유하는 소결강을 개시하고 있다.
특허문헌 1에 개시된 황화 칼슘을 철계 원료 분말에 함유시키는 것에 의해, 기계 부품의 강도가 대폭으로 저하된다는 것, 혼합 분말이 경시(經時) 변화하여 품질이 안정되지 않는다는 것 등의 과제가 있다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 소결강을 절삭 공구에 의해 가공하면, 칩(chip; 절삭 부스러기)이 미세하게 분단되기 어려웠다. 이로부터, 특허문헌 1에 개시된 소결강은 현재의 칩 처리성의 요구를 만족시킬만큼 우수하다고는 말하기 어렵다.
본 발명은 상기의 과제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 안정된 품질 및 성능의 소결체를 제작할 수 있는 철기 분말 야금용 혼합 분말을 제공하는 것이다.
일본 특허공고 소52-16684호 공보
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말을, 소결한 후의 CaS의 중량비가 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하가 되도록 포함한다.
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말의 제조 방법은, 이수 석고 또는 반수 석고를 포함하는 분말을 350℃ 이상 900℃ 이하에서 가열하는 것에 의해 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말을 제작하는 스텝과, 상기 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말과 철기 분말을 혼합하는 스텝을 포함한다.
도 1은 칩 처리성이 양호한 칩의 외관의 일례를 나타내는 화상이다.
도 2는 칩 처리성이 양호하지 않은 칩의 외관의 일례를 나타내는 화상이다.
도 3은 실시예 26에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
도 4는 실시예 30에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
도 5는 실시예 32에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
도 6은 실시예 33에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
도 7은 실시예 34에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
도 8은 참고예 1에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분의 관찰 화상이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는, 특허문헌 1에 개시된 소결체가 왜 시간의 경과와 함께 품질 및 성능이 저하되는지를 조사했다. 그리고, 본 발명자는, 소결체가 황화 칼슘 및 반수 석고(이하, 이들 2성분을 「CaS 성분」이라고 기재함)를 포함하는 것에 의해, 소결체의 품질 및 성능이 저하되는 것을 밝혀냈다. 즉, 본 발명자는 CaS 성분이 대기 중의 수분을 흡수함으로써 황산 칼슘 이수화물(CaSO4·2H2O)로 변화하거나, CaS 성분이 경화 반응에 의해 응집하여 63μm 이상의 조립(粗粒)을 형성하거나 한다는 것을 발견했다. 이에 의해 CaS 성분이 혼합 분말 또는 소결체 중에서 불균일하게 분산되어 소결체의 피삭성을 저하시키거나, CaS 성분에 흡착한 수분이 소결 중에 팽창하여 소결체의 강도를 저하시키거나 한다는 것이 분명해졌다.
본 발명자는, 상기 지견에 기초하여, 흡습성이 낮은 황산 칼슘의 결정 구조에 대하여 더 예의 검토하는 것에 의해 이하에 나타내는 본 발명을 완성했다.
본 발명에 의하면, 안정된 품질 및 성능의 소결체를 제작할 수 있는 철기 분말 야금용 혼합 분말을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
<철기 분말 야금용 혼합 분말>
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 철기 분말과, 무수 II형 황산 칼슘을 포함하는 분말(이하 「II형 CaSO4 분말」이라고도 기재함)을 혼합하여 이루어지는 혼합 분말이다. 이 혼합 분말에 3원계 산화물, 2원계 산화물, 합금용 분말, 흑연 분말, 윤활제, 바인더 등의 각종 첨가제가 적절히 첨가되어도 된다. 이들 이외에, 철기 분말 야금용 혼합 분말의 제조 과정에서 당해 혼합 분말에 미량의 불가피 불순물이 포함되어도 된다. 본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 금형 등에 충전하여 성형한 다음 소결하는 것에 의해 소결체를 얻을 수 있다. 이와 같이 해서 제작된 소결체는, 절삭 가공을 실시하는 것에 의해 각종 기계 부품에 사용할 수 있다. 이 소결체의 용도 및 제조 방법은 후술한다.
<철기 분말>
철기 분말은 철기 분말 야금용 혼합 분말을 구성하는 주요 구성 성분이고, 철기 분말 야금용 혼합 분말 전체에 대해 60중량% 이상의 중량 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 한편, 여기에서의 철기 분말의 중량%는 철기 분말 야금용 혼합 분말 중의 윤활제 이외의 총중량에서 차지하는 비율을 의미한다. 이하에 각 성분의 중량%를 규정하는 경우, 그 규정은 모두 윤활제를 제외한 철기 분말 야금용 혼합 분말의 총중량에서 차지하는 중량 비율을 의미하는 것으로 한다.
상기 철기 분말로서는, 아토마이즈 철 분말, 환원 철 분말 등의 순(純) 철 분말, 부분 확산 합금화 강 분말, 완전 합금화 강 분말, 또는 완전 합금화 강 분말에 합금 성분을 부분 확산시킨 하이브리드 강 분말 등을 이용할 수 있다. 철기 분말의 체적 평균 입자경은 50μm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70μm 이상이다. 철기 분말의 체적 평균 입자경이 50μm 이상이면, 취급성이 우수하다. 또한, 철기 분말의 체적 평균 입자경은 200μm 이하인 것이 바람직하고, 100μm 이하가 보다 바람직하다. 철기 분말의 체적 평균 입자경이 200μm 이하이면, 정밀 형상을 성형하기 쉽고, 또한 충분한 강도가 얻어진다.
<II형 CaSO4 분말>
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말(II형 CaSO4 분말)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 소결 후에 황화 칼슘(CaS)이 되는 성분을 첨가하기만 하면 소결체의 피삭성을 높일 수 있다고 생각되고 있던 종래(예를 들면 특허문헌 1)의 기술 상식을 뒤집는 것이다. 즉, 이수 석고(CaSO4·2H2O), 무수 III형의 황산 칼슘(III형 CaSO4), 반수 석고(CaSO4·1/2H2O) 등은 시간의 경과와 함께 수분을 흡수하여, 소결체의 피삭성을 저하시키는 경우가 있다. 이에 비해, 무수 II형의 황산 칼슘은 흡습성이 낮아, 대기 중의 수분을 흡수하지 않으므로, 철기 분말 야금용 혼합 분말에 포함된 상태로 일정 기간 보관하더라도 질량이 증가하는 경우가 없다. 게다가, 무수 II형의 황산 칼슘은 소결 후에 CaS로 변화하여 소결체의 피삭성을 높일 수 있다. 이 때문에, II형 CaSO4 분말을 포함하는 철기 분말 야금용 혼합 분말은 이수 석고(CaSO4·2H2O), 무수 III형의 황산 칼슘(III형 CaSO4), 반수 석고(CaSO4·1/2H2O)에 비해서, 소결체의 각종 성능을 안정적으로 높일 수 있다.
II형 CaSO4 분말은 무수 II형의 황산 칼슘을 주성분으로서 포함하는 것이지만, 이수 석고(CaSO4·2H2O), 무수 III형의 황산 칼슘(III형 CaSO4), 반수 석고(CaSO4·1/2H2O) 등을 포함하고 있어도 된다. II형 CaSO4 분말은 무수 II형의 황산 칼슘이 차지하는 중량 비율이 많을수록 바람직하고, 무수 II형의 황산 칼슘의 중량 비율이 70중량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 더 바람직하게는 80중량% 이상, 특히 바람직하게는 무수 II형의 황산 칼슘만으로 이루어지는 것이다. 또한, II형 CaSO4 분말은 후술하는 윤활제 또는 바인더에 의해 표면이 피복되어 있어도 된다.
II형 CaSO4 분말은 소결 후의 CaS의 중량비가 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하가 되도록 철기 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 것이 바람직하다. II형 CaSO4 분말은 보다 바람직하게는 소결 후의 CaS의 중량비가 0.02중량% 이상이고, 더 바람직하게는 소결 후의 CaS의 중량비가 0.03중량% 이상이다. 이와 같은 중량비로 CaS를 포함하는 소결체는 피삭성이 특히 우수하다. II형 CaSO4 분말은 소결 후의 CaS의 중량비가 0.09중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.08중량% 이하가 되도록 포함된다. 이와 같은 중량비로 CaS를 포함하는 것에 의해, 소결체의 강도를 높일 수 있다.
여기에서, 「소결 후의 CaS의 중량비」란, 철기 분말 야금용 혼합 분말을 소결하는 것에 의해 얻어진 소결체에서 차지하는 CaS의 중량비를 의미한다. 이 소결 후의 소결체에 포함되는 CaS의 중량비는 소결 전에 함유되는 II형 CaSO4 분말의 중량비에 의해 조정할 수 있다.
소결체에 포함되는 CaS의 중량비는, 소결체를 드릴 등으로 가공하는 것에 의해 시료편을 채취하고, 당해 시료편에 포함되는 Ca의 중량을 정량 분석하여 얻어진 Ca의 중량을, CaS의 중량으로 환산하는 것에 의해 산출한다. 이러한 환산은 Ca의 원자량(40.078)으로 나누고 CaS의 분자량(72.143)을 적산하는 것에 의해 행한다. Ca는 소결 시에 반응하여 소실되는 경우가 거의 없기 때문에, Ca의 중량은 소결 전후에 변화하지 않고, Ca와 S는 1:1로 결합하고 있다.
II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경은 0.1μm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5μm 이상이며, 더 바람직하게는 1μm 이상이다. 또한 II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경은 60μm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 30μm 이하이며, 더 바람직하게는 20μm 이하이다. 이와 같은 체적 평균 입자경의 II형 CaSO4 분말은, 예를 들면 반수 석고를 350℃ 이상 900℃ 이하로 가열하여 1시간 이상 10시간 이하 유지한 것을 분쇄하여 분급하는 것에 의해 얻을 수 있다. II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경이 작을수록, II형 CaSO4 분말의 첨가량을 소량으로 하더라도 소결체의 피삭성을 향상시킬 수 있다. 상기 체적 평균 입자경은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(닛키소제 마이크로트랙 「MODEL9320-X100」)를 이용하여 얻어진 입도 분포에 있어서의 적산값 50%의 입도 D50의 값이다.
II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경을 R(μm)로 하고, 소결 후의 소결체에 포함되는 CaS의 중량비를 W(중량%)로 하면, R1/3/W의 하한은 15 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 이상이며, 더 바람직하게는 25 이상이다. 또한 R1/3/W의 상한이 400 이하인 것이 바람직하고, 340 이하인 것이 보다 바람직하고, 더 바람직하게는 270 이하이다. 이러한 규정은 체적비의 세제곱근에 비례하는 체적 평균 입자경과 중량비의 관계가 소결체의 여러 특성과 상관한다는 본 발명자의 경험에 기초하고 있다. 이와 같은 수치 범위를 만족시키는 것에 의해, 압환 강도, 피삭성 및 칩 처리성 모두가 양호한 소결체를 얻을 수 있다.
<3원계 산화물>
3원계 산화물은 소결체를 절삭 가공에 장시간 이용했을 때의 피삭성을 향상시키기 위해서 첨가되어도 된다. 상기 3원계 산화물은 II형 CaSO4 분말의 첨가와 맞물려 소결체의 피삭성을 현저히 높일 수 있다. 여기에서, 3원계 산화물이란 3종의 원소의 복합 산화물을 의미하고, 구체적으로는 Ca, Mg, Al, Si, Co, Ni, Ti, Mn, Fe 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 3종의 원소의 복합 산화물인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Ca-Al-Si계 산화물, Ca-Mg-Si계 산화물 등이다. Ca-Al-Si계 산화물로서는, 2CaO·Al2O3·SiO2 등을 들 수 있다. Ca-Mg-Si계 산화물로서는, 2CaO·MgO·2SiO2 등을 들 수 있다. 그 중에서도 2CaO·Al2O3·SiO2를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 2CaO·Al2O3·SiO2는 절삭 공구 중 또는 절삭 공구에 실시된 코팅에 포함되는 TiO2와 반응하여, 절삭 공구의 표면에 보호 피막을 형성하므로, 절삭 공구의 내마모성을 현저히 향상시킬 수 있다.
3원계 산화물의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 구형 또는 그것이 찌그러진 형상인 것, 즉 전체에 둥그스름함이 있는 형상이 바람직하다.
3원계 산화물의 체적 평균 입자경의 하한은 0.1μm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5μm 이상, 더 바람직하게는 1μm 이상이다. 체적 평균 입자경이 작을수록 소량의 첨가로 소결체의 피삭성을 향상시킬 수 있는 경향이 있다. 또한, 3원계 산화물의 체적 평균 입자경의 상한은 15μm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10μm 이하, 더 바람직하게는 9μm 이하이다. 체적 평균 입자경이 지나치게 크면, 소결체의 피삭성을 향상시키기 어려워진다. 3원계 산화물의 체적 평균 입자경은 상기 II형 CaSO4 분말과 마찬가지의 측정 방법으로 측정된 값이다.
3원계 산화물의 함유량의 하한은 0.01중량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.03중량% 이상, 더 바람직하게는 0.05중량% 이상이다. 또한, 3원계 산화물의 함유량의 상한은 0.25중량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2중량% 이하, 더 바람직하게는 0.15중량% 이하이다. 이와 같은 중량 비율로 포함하는 것에 의해, 비용을 억제하면서 장기간의 절삭 가공에서도 피삭성이 우수한 소결체를 얻을 수 있다. 3원계 산화물을 II형 CaSO4 분말과 조합하여 이용하는 것에 의해, 3원계 산화물의 첨가량이 소량이어도 장기간의 절삭 가공에 있어서의 피삭성을 향상시킬 수 있다.
3원계 산화물과 소결 후의 CaS의 중량비는 1:9∼9:1의 비율로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3:7∼9:1, 더 바람직하게는 4:6∼7:3이다. 이와 같은 중량비로 양 성분을 포함하는 것에 의해, 소결체의 피삭성을 현저히 향상시킬 수 있다.
<2원계 산화물>
2원계 산화물은 소결체를 절삭 가공에 이용했을 때의 절삭 초기의 피삭성을 향상시키기 위해서 첨가되어도 된다. 여기에서, 2원계 산화물이란 2종의 원소의 복합 산화물을 의미하고, 구체적으로는 Ca, Mg, Al, Si, Co, Ni, Ti, Mn, Fe 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2종의 원소의 복합 산화물인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Ca-Al계 산화물, Ca-Si계 산화물 등이다. Ca-Al계 산화물로서는, CaO·Al2O3, 12CaO·7Al2O3 등을 들 수 있다. Ca-Si계 산화물로서는, 2CaO·SiO2 등을 들 수 있다.
2원계 산화물의 형상, 체적 평균 입자경 및 그의 측정 방법, 및 중량 비율은 상기 3원계 산화물의 그것들과 마찬가지인 것이 바람직하다.
<2원계 산화물 및 3원계 산화물>
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은 2원계 산화물 및 3원계 산화물의 양방을 합계 중량으로 0.02중량% 이상 0.3중량% 이하 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산화물의 합계 중량은 0.05중량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1중량% 이상이다. 비용의 관점에서는, 2원계 산화물 및 3원계 산화물의 중량 비율은 적을수록 바람직하다. 또한, 상기 산화물의 합계 중량은 0.25중량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2중량% 이하이다. 산화물의 합계 중량이 0.25중량% 이하인 것에 의해, 소결체의 압환 강도를 충분히 확보할 수 있다.
2원계 산화물과 소결 후의 CaS의 중량비는 1:9∼9:1의 비율로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3:6∼9:1, 더 바람직하게는 4:6∼7:3이다. 이와 같은 중량비로 양 성분을 포함하는 것에 의해, 절삭 초기에 있어서의 피삭성이 우수한 소결체를 제작할 수 있다.
<합금용 분말>
합금용 분말은 철기 분말끼리의 결합을 촉진하고, 또한 소결 후의 소결체의 강도를 높이기 위해서 첨가된다. 이와 같은 합금용 분말은 철기 분말 야금용 혼합 분말 전체에 대해서 0.1중량% 이상 10중량% 이하 포함되는 것이 바람직하다. 0.1중량% 이상인 것에 의해 소결체의 강도를 높일 수 있고, 또한 10중량% 이하인 것에 의해 소결체의 소결 시의 치수 정밀도를 확보할 수 있다.
상기 합금용 분말로서는, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, Mo 분말, Cr 분말, V 분말, Si 분말, Mn 분말 등의 비철금속 분말, 아산화구리 분말 등을 들 수 있고, 이들을 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
<윤활제>
윤활제는 금형 내에서 철기 분말 야금용 혼합 분말을 압축하여 얻은 성형체를 금형으로부터 취출하기 쉽게 하기 위해서 철기 분말 야금용 혼합 분말에 첨가된다. 즉, 철기 분말 야금용 혼합 분말에 윤활제를 첨가하면, 금형으로부터 성형체를 취출할 때의 빼기압을 저감할 수 있으므로, 성형체의 균열이나 금형의 손상을 방지할 수 있다. 윤활제는 철기 분말 야금용 혼합 분말에 첨가해도 되고, 금형의 표면에 도포해도 된다. 윤활제를 철기 분말 야금용 혼합 분말에 첨가하는 경우, 윤활제는, 철기 분말 야금용 혼합 분말의 중량에 대해, 0.01질량% 이상 1.5질량% 이하 포함되는 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상 1.2질량% 이하 포함되는 것이 보다 바람직하며, 더 바람직하게는 0.2질량% 이상 1.0질량% 이하 포함되는 것이다. 윤활제의 함유량이 0.01질량% 이상인 것에 의해, 성형체의 빼기압을 저감하는 효과를 얻기 쉽다. 윤활제의 함유량이 1.5질량% 이하인 것에 의해, 고밀도인 소결체를 얻기 쉽고, 강도가 높은 소결체를 얻을 수 있다.
상기 윤활제는 금속 비누(스테아르산 리튬, 스테아르산 칼슘, 스테아르산 아연 등), 스테아르산 모노아마이드, 지방산 아마이드, 아마이드 왁스, 탄화수소계 왁스 및 가교 (메트)아크릴산 알킬 에스터 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 철기 분말 표면에 합금용 분말, 흑연 분말 등을 부착시키는 성능이 양호하고, 또한 철기 혼합 분말의 편석을 경감하기 쉽다는 관점에서, 아마이드계 윤활제를 이용하는 것이 바람직하다.
<바인더>
바인더는 철기 분말 표면에 합금용 분말, 흑연 분말 등을 부착시키기 위해서 첨가된다. 바인더는 뷰텐계 중합체, 메타크릴산계 중합체 등이 이용된다. 뷰텐계 중합체로서는, 뷰텐만으로 이루어지는 1-뷰텐 단독중합체, 또는 뷰텐과 알켄의 공중합체를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 알켄은 저급 알켄이 바람직하고, 바람직하게는 에틸렌 또는 프로필렌이다. 메타크릴산계 중합체는 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 뷰틸, 메타크릴산 사이클로헥실, 메타크릴산 에틸헥실, 메타크릴산 라우릴, 아크릴산 메틸 및 아크릴산 에틸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있다.
바인더는, 철기 분말 야금용 혼합 분말의 중량에 대해, 0.01질량% 이상 0.5질량% 이하 포함되는 것이 바람직하고, 0.05질량% 이상 0.4질량% 이하 포함되는 것이 보다 바람직하며, 더 바람직하게는 0.1질량% 이상 0.3질량% 이하 포함되는 것이다.
<철기 분말 야금용 혼합 분말의 제조 방법>
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말의 제작에 있어서는, 우선 철기 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 II형 CaSO4 분말을 제작한다. II형 CaSO4 분말은 체적 평균 입자경이 0.1μm 이상 60μm 이하인 반수 석고 또는 이수 석고를 300℃ 이상 900℃ 이하에서 가열하는 것에 의해 얻는 것이 바람직하다. 반수 석고 또는 이수 석고의 체적 평균 입자경은 가열 시의 응집을 고려하여 II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경과 동등한 것 또는 근소하게 작은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 가열 온도의 하한은 350℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 400℃ 이상이다. 또한 가열 온도의 상한은 800℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 700℃ 이하, 더 바람직하게는 500℃ 이하이다. 가열 온도가 900℃ 이하인 것에 의해, 철기 분말에 혼합하는 분말로서 일반적인 100μm 이하의 입자경의 II형 CaSO4 분말을 얻을 수 있다. 특히 가열 온도가 700℃ 이하인 것에 의해, 반수 석고 또는 이수 석고의 응집이 생기기 어려워, 반수 석고 또는 이수 석고의 체적 평균 입자경을 유지한 채로 II형 CaSO4 분말을 얻을 수 있다. 가열 온도가 높은 경우, 강고한 응집이 생기기 때문에 분쇄 공정을 행하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 300℃ 이상인 것에 의해, 반수 석고 또는 이수 석고의 수분을 탈수시켜, II형 CaSO4 분말로 할 수 있다. 가열 온도가 낮은 경우, 무수 II형 CaSO4가 아니라 무수 III형 CaSO4가 형성되는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
가열 시간은 반수 석고 또는 이수 석고를 II형의 황산 칼슘으로 탈수시킬 수 있는 시간을 확보하는 것이 바람직하고, 1시간 이상 8시간 이하인 것이 바람직하다. 가열 온도가 높을수록 가열 시간을 짧게 할 수 있다. 가열 시간이 짧은 경우에는, 반수 석고의 일부가 II형의 황산 칼슘으로 변화하지 않고서 반수 석고인 채 잔존하거나, 또는 무수 III형의 황산 칼슘으로 변화하는 경우가 있다. 이 때문에 가열 시간은 2시간 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3시간 이상이다.
본 발명의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 예를 들면 기계 교반식 혼합기를 이용하여, 철기 분말과, 상기에서 제작한 II형 CaSO4 분말을 혼합하는 것에 의해 제작할 수 있다. 이들 분말에 더하여, 3원계 산화물, 합금용 분말, 흑연 분말, 윤활제, 2원계 산화물, 바인더 등의 각종 첨가제를 적절히 첨가해도 된다. 상기 기계 교반식 혼합기로서는, 예를 들면, 하이스피드 믹서, 나우타 믹서, V형 혼합기, 더블콘 블렌더 등을 들 수 있다. 상기 각 분말의 혼합 순서는 특별히 한정되지 않는다. 혼합 온도는 특별히 한정되지 않지만, 혼합 공정에서 철기 분말의 산화를 억제하는 관점에서 150℃ 이하가 바람직하다.
<소결체의 제조 방법>
상기에서 제작한 철기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전한 후, 300MPa 이상 1200MPa 이하의 압력을 거는 것에 의해 압분 성형체를 제조한다. 이때의 성형 온도는 25℃ 이상 150℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기에서 제작한 압분 성형체를 통상의 소결 방법에 의해 소결하는 것에 의해 소결체를 얻을 수 있다. 소결 조건은 비산화성 분위기 또는 환원성 분위기이면 된다. 상기 압분 성형체는 질소 분위기, 질소 및 수소의 혼합 분위기, 탄화수소 등의 분위기하, 1000℃ 이상 1300℃ 이하의 온도에서 5분 이상 60분 이하의 소결을 행하는 것이 바람직하다.
<소결체>
상기와 같이 해서 제작한 소결체는, 필요에 따라서 절삭 공구 등의 여러 가지의 공구로 가공하는 것에 의해, 자동차, 농기구, 전동 공구, 가전 제품 등의 기계 부품으로서 사용할 수 있다. 상기 소결체를 가공하는 절삭 공구로서는, 예를 들어 드릴, 엔드 밀, 프라이스 가공용 절삭 공구, 선삭 가공용 절삭 공구, 리머, 탭 등을 들 수 있다.
상기 실시형태의 철기 분말 야금용 혼합 분말에 의하면, 안정된 품질 및 성능의 소결체를 제작할 수 있다. 상기 실시형태의 철기 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 무수 II형의 황산 칼슘은 흡습성이 낮아, 대기 중의 수분을 흡수하지 않으므로, 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말은 대기 중에 일정 기간 보관하더라도 질량이 증가하는 경우가 없다. 이 때문에, 소결하여 CaS가 되는 성분으로서, 황화 칼슘 및 반수 석고가 아니라, 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말(II형 CaSO4 분말)을 이용하는 것에 의해, 소결체의 각종 성능을 안정적으로 높일 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, II형 CaSO4 분말은, 체적 평균 입자경이 0.1μm 이상 60μm 이하이므로, 소결체의 피삭성을 높일 수 있다.
상기 II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경을 Rμm로 하고, 소결 후의 소결체에 포함되는 CaS의 중량비를 W중량%로 하면, R1/3/W는 15 이상 400 이하이므로, 압환 강도, 피삭성 및 칩 처리성 모두가 양호한 소결체를 얻을 수 있다.
상기 실시형태의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, Ca-Al-Si계 산화물 및 Ca-Mg-Si계 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 3원계 산화물을 추가로 포함하므로, 장시간 절삭에 있어서의 피삭성을 향상시킬 수 있다.
상기 실시형태의 철기 분말 야금용 혼합 분말은, 3원계 산화물과 소결한 후의 CaS와의 중량비가 3:7∼9:1이므로, 장기간 절삭에 있어서의 피삭성을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
우선, 시판 중인 반수 석고의 분말을 체에 의해 분급하여 -63/+45μm(체적 평균 입자경 54μm)로 했다. 분급한 반수 석고를, 대기 가열로에서 350℃에서 5시간 가열하는 것에 의해 무수 II형의 황산 칼슘 분말(II형 CaSO4 분말)을 얻었다. 이 II형 CaSO4 분말을 체에 의해 분급하여 -63/+45μm(체적 평균 입자경 54μm)로 했다. 얻어진 II형 CaSO4 분말의 수율은 100%였다. 이 수율은, 가열 후의 II형 CaSO4 분말의 중량에 대해, 그 중량으로부터 분급에 의해 제거된 II형 CaSO4 분말의 중량을 뺀 중량의 백분율을 산출하는 것에 의해 얻은 값이다.
다음으로, 순 철 분말(제품명: 300M(주식회사 고베제강소제))에 대해서, 2중량%의 구리 분말(제품명: CuATW-250(후쿠다금속박분공업 주식회사제))과, 0.8중량%의 흑연 분말(제품명: CPB(닛폰흑연공업 주식회사제))과, 0.75중량%의 아마이드계 윤활제(아크라왁스 C(LONZA사제))와, 상기에서 제작한 II형 CaSO4 분말을 혼합하는 것에 의해 철기 분말 야금용 혼합 분말을 제작했다. 흑연 분말은 소결 후의 탄소량이 0.75중량%가 되는 분량을 첨가했다. II형 CaSO4 분말은 소결 후의 CaS의 중량이 0.5중량%가 되는 분량을 첨가했다.
상기 철기 분말 야금용 혼합 분말을 이용하여 2종의 소결체를 제작했다. 하나는 제작 직후의 철기 분말 야금용 혼합 분말을 이용하여 제작한 소결체(이하 「직후 소결체」라고 기재함)이고, 다른 하나는 철기 분말 야금용 혼합 분말을 제작으로부터 10일간, 대기 중에 보관한 것을 이용하여 제작한 소결체(이하 「10일 후 소결체」라고 기재함)이다.
직후 소결체의 제조 순서는, 우선 제작 직후의 철기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전하고, 외경 64mm, 내경 24mm, 두께 20mm의 링 형상으로, 성형 밀도가 7.00g/cm3가 되도록 시험편을 성형했다. 다음으로, 이 링 형상의 시험편을 10체적%의 H2-N2 분위기하에서 1130℃에서 30분간 소결하는 것에 의해 소결체를 제작했다. 한편, 10일 후 소결체는, 철기 분말 야금용 혼합 분말을 제작하고 나서 10일간 대기하에 방치한 것을 금형에 충전한 것이 상이한 것 외에는 직후 소결체와 마찬가지로 해서 제작했다.
(실시예 2∼8)
실시예 2∼8에서는, 반수 석고의 분말의 가열 온도를, 표 1의 「열처리 온도」의 란에 나타내는 바와 같이 대체한 것이 상이한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 제작했다.
(비교예 1∼3)
비교예 2∼3에서는, 무수 II형의 황산 칼슘을, 표 1의 「CaS 성분」의 란에 나타내는 재료로 변경한 것이 상이한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 제작했다. 비교예 1에서는, 무수 II형의 황산 칼슘을 첨가하지 않았던 것이 상이한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 제작했다.
Figure 112017125639121-pct00001
<평가>
표 1에 있어서, 성형체 밀도, 소결체 밀도, 압환 강도 및 공구 마모량의 평가 결과를 「직후 소결체/10일 후 소결체」로 해서 기재했다. 이러한 표기는, 슬래시를 사이에 두고 좌측의 값이 직후 소결체의 평가 결과이고, 슬래시를 사이에 두고 우측의 값이 10일 후 소결체의 평가 결과이다.
각 실시예 및 각 비교예의 직후 소결체 및 10일 후 소결체의 성형체 밀도 및 소결체 밀도는 일본분말야금공업회 규격(JPMA M 01)에 준하여 측정한 값을 채용했다. 또한, 압환 강도는 각 실시예 및 각 비교예의 각 소결체를 JIS Z 2507-2000에 준하여 측정한 값을 채용했다. 압환 강도가 높을수록, 소결체가 파괴되기 어려워, 강도가 높은 것을 나타내고 있다.
각 실시예 및 각 비교예에서 제작한 소결체를 이용하여, 서멧 팁(ISO 제품번호: SNGN120408 논브레이커)을 사용해서, 주속(周速) 160m/min, 절입 0.5mm/pass, 이송 0.1mm/rev, 건식의 조건에서 1150m 선삭했을 때의, 절삭 공구의 공구 마모량(μm)을 공구 현미경에 의해 측정했다. 그 결과를 표 1의 「공구 마모량」의 란에 나타내고 있다. 한편, 공구 마모량의 값이 작을수록 소결체의 피삭성이 우수한 것을 나타내고 있다.
표 1에 나타내는 각 실시예 및 각 비교예의 결과로부터, 각 실시예와 같이 CaS 성분으로서 II형 CaSO4 분말을 포함하는 것에 의해, 직후 소결체 및 10일 후 소결체의 각종 특성(소결체 밀도, 압환 강도 및 공구 마모량)이 거의 동등하게 되는 것을 알 수 있었다. 한편, 비교예 2 및 3은, CaS 성분으로서 CaS 단체 또는 반수 석고를 포함하는 것이기 때문에, 10일 후 소결체의 각종 특성이 직후 소결체의 그것에 비해서 현저하게 열화되어 있었다.
비교예 2 및 3에 있어서 10일 후 소결체의 품질 및 성능이 열화된 원인은, 철기 분말 야금용 혼합 분말을 10일간 방치하고 있는 동안에, 철기 분말 야금용 혼합 분말 중의 CaS 또는 반수 석고가 수분을 흡수한 것에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 비교예 2 및 3에서는, 10일의 대기하의 보관 중에 철기 분말 야금용 혼합 분말 중의 CaS 단체 또는 반수 석고가 수분을 흡수한 것에 의해, 소결체의 밀도가 저하되거나, 압환 강도가 저하되거나 한 것이라고 생각된다. 한편, 비교예 1은, CaS 성분을 포함하지 않는 것이기 때문에, 직후 소결체도 10일 후 소결체도 공구 마모량이 현저하게 높아, 소결체의 피삭성이 현저히 낮았다.
또한, 실시예 8의 10일 후 소결체는, 실시예 1∼7의 그것에 비해서, 직후 소결체보다도 각종 성능이 열화되어 있다. 이 원인은, 실시예 8의 반수 석고에 대한 가열 온도가 실시예 1∼7에 비해서 낮았던 것에 의해, 반수 석고의 일부가 II형의 황산 칼슘으로 변화하지 않고, III형의 황산 칼슘으로 변화했거나 또는 반수 석고인 채로 남아, 이들 성분이 흡습성을 나타낸 것에 의한 것이라고 생각된다. 단, 실시예 8에서 얻어진 소결체의 각종 성능의 안정성은, 비교예 1∼3의 그것에 비해서 현격히 우수하다. 이 때문에, 실시예 8과 같이, 반수 석고의 전부가 II형의 황산 칼슘으로 되어 있지 않더라도, 소결체의 안정성을 높이는 효과를 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
표 1의 실시예 1∼7의 「수율」에 주목하면, 반수 석고의 가열 온도가 높을수록 수율이 저하되는 경향이 있다. 이 원인은, 가열 온도를 높게 할수록 II형의 황산 칼슘이 응집하여 대형의 입상물이 되고, 당해 대형의 입상물이 분급에 의해 제거된 것에 의한 것이라고 생각된다. 따라서, II형의 황산 칼슘으로 이루어지는 분말을 효율적으로 얻기 위해서는, 반수 석고의 가열 온도를 350℃ 이상 600℃ 이하로 하는 것이 바람직하다는 것이 분명해졌다.
표 1에 나타내는 결과로부터, CaS 성분으로서 II형 CaSO4 분말을 포함하는 것에 의해, 직후 소결체 및 10일 후 소결체의 각종 특성(소결체 밀도, 압환 강도 및 공구 마모량)이 거의 동등하게 되어, 소결체의 품질 및 성능이 안정되어 있는 것이 분명해져, 본 발명의 효과가 나타났다.
(실시예 9∼29)
II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경 및 소결 후의 CaS의 중량비를, 표 2의 「체적 평균 입자경」 및 「CaS 중량비」의 란에 나타내는 바와 같이 대체한 것이 상이한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 제작하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 각 항목을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 각 실시예에서 이용한 II형 CaSO4 분말의 체적 평균 입자경의 조정은, 가열 처리한 II형 CaSO4 분말에 대해서 여러 가지의 분쇄 및 분급을 하는 것에 의해 행했다.
한편, 실시예 9∼29에 있어서도 상기 실시예 1과 마찬가지로, 직후 소결체 및 10일 후 소결체의 2종을 제작하여 각각의 특성을 평가했지만, 모든 평가 항목에 있어서 양 측정값이 동일 또는 무시할 수 있을 정도의 미세한 차였기 때문에, 표 2에 있어서는 1개의 측정값만을 기재했다. 표 2에 나타내는 결과로부터, 실시예 9∼29의 철기 분말 야금용 혼합 분말을 이용하여 제작한 소결체는, 품질 및 성능이 안정되어 있는 것이 분명해져, 본 발명의 효과가 나타났다.
Figure 112017125639121-pct00002
표 2의 「칩 처리성」은, 서멧 팁을 이용한 선삭에 의해 생긴 칩의 외관을 이하의 평가 기준에 기초하여 평가한 결과이다.
(칩 처리성의 평가 기준)
◎: 스프링상의 권수(컬수)가 1권 이하이다(예를 들면 도 1).
○: 컬수가 1∼3권 이내이다.
×: 컬수가 3권을 초과해 있다(예를 들면 도 2).
도 1에 나타내는 바와 같이 칩이 미세하게 분단되어 있으면, 절삭 가공기의 칩 호퍼의 청소 빈도를 억제할 수 있다. 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이 칩이 코일상으로 길게 연장되어 있으면, 칩 호퍼 내에서 칩이 복잡하게 얽혀 청소의 수고가 번잡해지거나, 칩 호퍼의 청소 빈도가 많아지거나 해서 생산 효율이 저하되기 때문에, 공구 마모량을 저감시킬 수 있더라도 장시간의 자동 운전을 할 수 없어 생력화·효율화로 이어지기 어렵다.
표 2에 나타내는 결과로부터, R1/3/W가 20 이상 340 이하인 것에 의해, 압환 강도, 공구 마모량 및 칩 처리성 모두가 우수한 소결체를 제작할 수 있다는 것이 분명해졌다. 한편, R1/3/W가 20 미만이면 칩 처리성이 저하되는 경향, R1/3/W가 340을 초과하면 압환 강도가 높아지는 경향, 및 공구 마모량이 현저하게 증가하는 경향이 확인되었다.
(실시예 30∼34 및 참고예 1∼2)
실시예 30∼34에서는, 표 3에 나타내는 바와 같이 II형 CaSO4 분말의 일부를, 2CaO·Al2O3·SiO2 또는 2CaO·MgO·2SiO2로 대체한 것이 상이한 것 외에는 실시예 26과 마찬가지로 해서 소결체를 제작했다. 참고예 1 및 2에서는, II형 CaSO4 분말의 전부를, 2CaO·Al2O3·SiO2 또는 2CaO·MgO·2SiO2로 각각 대체한 것이 상이한 것 외에는 실시예 26과 마찬가지로 해서 소결체를 제작했다. 한편, 2CaO·Al2O3·SiO2 및 2CaO·MgO·2SiO2는 체적 평균 입자경이 2μm인 것을 이용했다. 그리고 또한, II형 CaSO4 분말은 체적 평균 입자경이 18.4μm인 것을 이용했다.
이와 같이 해서 제작한 각 실시예 및 각 비교예의 소결체에 대해, 실시예 26과 마찬가지의 방법에 의해 각 항목을 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 한편, 실시예 30∼34에 있어서도 직후 소결체 및 10일 후 소결체의 2종을 제작하여 각각의 특성을 평가했지만, 모든 평가 항목에 있어서 양 측정값이 동일 또는 무시할 수 있을 정도의 미세한 차였기 때문에, 표 3에서는 1개의 측정값만을 기재하고 있다. 따라서, 실시예 30∼34의 철기 분말 야금용 혼합 분말을 이용하여 제작한 소결체는, 품질 및 성능이 안정되어 있는 것이 분명해져, 본 발명의 효과가 나타났다.
Figure 112017125639121-pct00003
표 3에 나타내는 결과로부터, II형 CaSO4 분말의 일부를 3원계 산화물로 치환하는 것에 의해, 공구 마모량을 더 저감할 수 있다는 것이 분명해졌다. 특히 실시예 32∼34의 결과에 나타나는 바와 같이, 3원계 산화물과 소결 후의 CaS의 중량비가 3:7∼9:1일 때에 공구 마모량을 현저히 저감할 수 있다는 것이 분명해졌다.
이와 같이 공구 마모량을 저감시킬 수 있는 이유는, II형 CaSO4 분말과 3원계 산화물의 병용에 의해 양자의 상호작용이 생긴 것에 의한 것이라고 생각된다.
이와 같이 생각하는 이유는, II형 CaSO4 분말과 3원계 산화물을 병용한 경우와, 3원계 산화물 단체인 경우에서, 공구 절삭면의 마모 형태 및 마모 부분의 성분이 상이했기 때문이다. 도 3∼도 8은 각각, 실시예 26, 30, 32∼34 및 참고예 1에서 제작한 소결체를 서멧 팁으로 선삭한 후의 공구 절삭면의 마모 부분을 광학 현미경에 의해 관찰한 화상이다. 도 4∼7에 나타나는 바와 같이, II형 CaSO4 분말과 3원계 산화물을 병용한 경우(실시예 30, 32∼34), 철의 응착이 저감되고, 홈상의 마모는 보이지 않았다. 이에 비해, II형 CaSO4 분말을 첨가하지 않고 3원계 산화물만을 첨가한 경우(참고예 1), 도 8에 나타나는 바와 같이, 홈상의 마모가 형성되고, 철의 응착이 관찰되었다. 또한 실시예 30, 32∼34의 마모 부분에는, 마모면 전체에 3원계 산화물 성분이 검출된 것에 비해, 참고예 1의 마모 부분에는, 반달상의 마모 부분의 일부에만 3원계 산화물이 검출되었다. 한편, 3원계 산화물을 첨가하지 않고 II형 CaSO4 분말만을 첨가한 경우(실시예 26)에서는, 공구 절삭면의 반달상의 마모 부분의 면적이 실시예 30, 32∼34에 비해서 작아(공구의 적은 면적에서 받고 있음), 철(Fe)의 부분적인 응착이 컸다. 이러한 철의 응착물이 공구에 부착 및 탈락을 반복하는 것에 의해 절삭 공구의 마모가 진행되기 쉬워지거나, 피삭재의 표면이 매끄럽지 않게 되거나 하는 경우가 있다.
이상의 결과로부터, 실시예 30∼34와 같이, II형 CaSO4 분말과 3원계 산화물을 병용하는 것에 의해, 소결체의 피삭성이 더 우수하다는 것이 분명해졌다.

Claims (8)

  1. 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말을, 소결한 후의 CaS의 중량비가 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하가 되도록 포함하는 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말은 체적 평균 입자경이 0.1μm 이상 60μm 이하인, 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Ca-Al-Si계 산화물 및 Ca-Mg-Si계 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 3원계 산화물을 추가로 포함하는, 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 3원계 산화물과 상기 소결한 후의 CaS의 중량비가 3:7∼9:1인, 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말의 체적 평균 입자경을 Rμm로 하고,
    소결 후의 소결체에 포함되는 CaS의 중량비를 W중량%로 하면,
    R1/3/W는 15 이상 400 이하인, 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무수 II형의 황산 칼슘을 포함하는 분말은 윤활제 또는 바인더에 의해 피복되어 있는, 철기 분말 야금용 혼합 분말.
  7. 제 1 항에 기재된 철기 분말 야금용 혼합 분말을 소결하는 것에 의해 제작된 소결체.
  8. 삭제
KR1020177036350A 2015-05-27 2016-04-27 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체 KR102113996B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2015-107557 2015-05-27
JP2015107557A JP6480266B2 (ja) 2015-05-27 2015-05-27 鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法、並びに、焼結体
PCT/JP2016/063168 WO2016190037A1 (ja) 2015-05-27 2016-04-27 鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法、並びに、それを用いて作製した焼結体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180008730A KR20180008730A (ko) 2018-01-24
KR102113996B1 true KR102113996B1 (ko) 2020-05-22

Family

ID=57393994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177036350A KR102113996B1 (ko) 2015-05-27 2016-04-27 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180104739A1 (ko)
EP (1) EP3305439B1 (ko)
JP (1) JP6480266B2 (ko)
KR (1) KR102113996B1 (ko)
CN (1) CN107614159A (ko)
WO (1) WO2016190037A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6480264B2 (ja) * 2015-05-27 2019-03-06 株式会社神戸製鋼所 鉄基粉末冶金用混合粉及び焼結体
JP6634365B2 (ja) * 2016-12-02 2020-01-22 株式会社神戸製鋼所 鉄基粉末冶金用混合粉末および焼結体の製造方法
JP6853440B2 (ja) * 2019-03-11 2021-03-31 三菱マテリアル株式会社 金属銅及び酸化銅含有粉、金属銅及び酸化銅含有粉の製造方法、及び、スパッタリングターゲット材、スパッタリングターゲット材の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006225200A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 無水石膏の製造方法およびその製造設備
JP2014080683A (ja) 2012-09-27 2014-05-08 Jfe Steel Corp 粉末冶金用鉄基混合粉
JP5585749B1 (ja) * 2013-07-18 2014-09-10 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体の製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5216684B2 (ko) * 1973-02-22 1977-05-11
JPS5120761A (ko) * 1974-08-14 1976-02-19 Nippon Steel Corp
JPS5840283B2 (ja) * 1975-07-29 1983-09-05 昭和電線電纜株式会社 タイネツタイホウシヤセンケ−ブル
JPS5312912A (en) * 1976-07-21 1978-02-06 Nippon Toki Kk Glass sintered ceramics using gypsum
JPS60145353A (ja) * 1983-12-30 1985-07-31 Dowa Teppun Kogyo Kk 快削性の優れた鉄基焼結体の製造法
JPH0711007B2 (ja) * 1988-04-05 1995-02-08 川崎製鉄株式会社 焼結後の被削性と機械的性質に優れる、粉末冶金用鉄基混合粉
JP3469347B2 (ja) * 1995-03-24 2003-11-25 トヨタ自動車株式会社 被削性に優れた焼結材料及びその製造方法
JP3449110B2 (ja) * 1996-04-17 2003-09-22 株式会社神戸製鋼所 粉末冶金用鉄系混合粉末およびこれを用いた焼結体の製法
CA2372780C (en) * 2001-05-17 2007-02-13 Kawasaki Steel Corporation Iron-based mixed powder for powder metallurgy and iron-based sintered compact
US7556791B2 (en) * 2006-12-20 2009-07-07 United States Gypsum Company Gypsum anhydrite fillers and process for making same
CN101328943A (zh) * 2008-07-18 2008-12-24 璧山县三泰粉末冶金有限公司 摩托车离合器铁基摩擦片、制备工艺及其对偶片
JP2010236061A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Jfe Steel Corp 切削性に優れる焼結部材用の鉄基混合粉末
CN104550923A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 铜陵市经纬流体科技有限公司 一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法
JP6480265B2 (ja) * 2015-05-27 2019-03-06 株式会社神戸製鋼所 鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法並びに焼結体及びその製造方法
JP6480264B2 (ja) * 2015-05-27 2019-03-06 株式会社神戸製鋼所 鉄基粉末冶金用混合粉及び焼結体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006225200A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 無水石膏の製造方法およびその製造設備
JP2014080683A (ja) 2012-09-27 2014-05-08 Jfe Steel Corp 粉末冶金用鉄基混合粉
JP5585749B1 (ja) * 2013-07-18 2014-09-10 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体の製造方法
JP2015038239A (ja) 2013-07-18 2015-02-26 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体
US20160151837A1 (en) 2013-07-18 2016-06-02 Jfe Steel Corporation Mixed powder for powder metallurgy, method of manufacturing same, and method of manufacturing iron-based powder sintered body

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180008730A (ko) 2018-01-24
CN107614159A (zh) 2018-01-19
EP3305439B1 (en) 2021-05-26
EP3305439A4 (en) 2018-05-30
EP3305439A1 (en) 2018-04-11
JP6480266B2 (ja) 2019-03-06
US20180104739A1 (en) 2018-04-19
JP2016222945A (ja) 2016-12-28
WO2016190037A1 (ja) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5696512B2 (ja) 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに切削性に優れた鉄基粉末製焼結体およびその製造方法
KR102060955B1 (ko) 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그것을 이용하여 제작한 소결체
KR102113996B1 (ko) 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체
JP3449110B2 (ja) 粉末冶金用鉄系混合粉末およびこれを用いた焼結体の製法
JP5504971B2 (ja) 粉末冶金用混合粉および切削性に優れた金属粉末製焼結体
KR102102584B1 (ko) 철기 분말 야금용 혼합 분말 및 그의 제조 방법, 및 그것을 이용하여 제작한 소결체 및 그의 제조 방법
JP5504963B2 (ja) 粉末冶金用混合粉および切削性に優れた金属粉末製焼結体
US11241736B2 (en) Powder mixture for iron-based powder metallurgy, and method for manufacturing sintered compact using same
JP5504863B2 (ja) 粉末冶金用混合粉および切削性に優れた金属粉末製焼結体
JP6877375B2 (ja) 粉末冶金用混合粉
WO2019146310A1 (ja) 粉末冶金用混合粉

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant