KR102533137B1 - 분말 야금용 철기 혼합 분말 및 철기 소결체 - Google Patents

Abstract

접합부에 있어서의 파단 발생 리스크를 적절히 평가할 수 있고, 파단의 발생을 보다 확실히 방지할 수 있는 강대의 접합 방법을 제공한다. 철기 합금 분말 및 합금용 분말로 이루어지는 분말 야금용 철기 혼합 분말로서, 상기 철기 합금 분말이, 0.2질량％ 이상 1.5질량％ 이하의 Mo를 포함하고, 상기 합금용 분말이, 흑연 분말 및 동(銅)분말을 포함하고, 상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 흑연 분말의 질량의 비율이 0.10∼1.0질량％이고, 상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 동분말의 질량의 비율이 0.5∼3.0질량％이고, 상기 동분말의 평균 입자경이 25㎛ 이하, 비표면적이 0.30㎡/g 이상인, 분말 야금용 철기 혼합 분말.

Description

분말 야금용 철기 혼합 분말 및 철기 소결체{IRON-BASED MIXED POWDER FOR POWDER METALLURGY AND IRON-BASED SINTERED BODY}

본 발명은, 분말 야금용 철기 혼합 분말(iron-based mixed powder for powder metallurgy)에 관한 것으로, 특히, 고가의 합금 원소를 함유하지 않고도, 높은 강도를 구비한 철기 소결체(iron-based sintered body)를 얻을 수 있는 분말 야금용 철기 혼합 분말에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 분말 야금용 철기 분말을 이용하여 얻어지는 철기 소결체에 관한 것이다.

분말 야금 기술은, 복잡한 형상의 부품을, 제품 형상에 매우 가까운 형상(소위 니어 넷(near net) 형상)으로 또한 높은 치수 정밀도로 제조할 수 있는 점에서, 대폭적인 절삭 비용의 저감이 가능해진다. 이 때문에, 분말 야금 제품이 각종의 기계나 부품으로서, 다방면에 이용되고 있다.

최근에는, 부품의 소형화, 경량화를 위해, 분말 야금 제품의 강도의 향상이 강하게 요망되고 있다. 특히, 철기 분말을 소결하여 얻어지는 제품(철기 소결체)에 대한 고강도화의 요구가 강하다. 또한 한편으로, 부품 제조 비용 삭감에 대한 니즈도 강하고, 염가의 원료, 프로세스에서 고강도의 철기 소결체가 얻어지는 원료 분말에 대한 니즈가 매우 강하다.

그러나, 고강도 소결 부품 중에서도, 특히 인장 강도가 1300㎫를 초과하는 것을 제조하기 위해서는, 고가의 합금 원소인 Ni를 4질량％나 포함하는 합금 분말을 이용할 필요가 있어, 재료 비용이 높다는 문제가 있었다. 또한, 이러한 고강도 소결 부품을 제조할 때에는, 1200℃를 초과하는 고온에서 소결을 행하고, 또한, 침탄, 퀀칭 및, 템퍼링 처리를 행할 필요가 있기 때문에, 제조 비용이 매우 높다는 문제가 있었다.

일반적인 분말 야금 제품의 소결에는, 벨트로라고 불리는 연속 소결로가 사용된다. 벨트로에서는, 메쉬 벨트 상에 부품을 얹은 상태에서 반송하면서 연속적으로 소결을 행하기 때문에, 생산성이 우수함과 함께 런닝 비용도 낮다는 이점이 있다. 그러나, 벨트로에 있어서의 소결 온도는 최대라도 1150℃ 정도이기 때문에, 전술한 1200℃를 초과하는 바와 같은 고온에서의 소결을 행하기 위해서는 생산성이 뒤떨어지는 트레이 푸셔로를 이용할 필요가 있다. 또한, 이러한 고온에서 소결을 행하는 경우에는 로체의 손모가 심하여, 런닝 비용이 높아진다는 문제도 있다.

상기와 같은 배경으로부터, 염가의 프로세스에서 고강도 소결 부품을 얻기 위한 여러 가지의 검토가 행해지고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 평균 입경이 10μ 이하인 미세한 동분(銅粉)을 함유하는 분말 야금용 분말이 제안되어 있다. 상기 분말에 의하면, 통상의 벨트로를 이용한 소결 온도: 1130℃ 정도에서의 소결과, 침탄·퀀칭·템퍼링 처리에 의해서도, 고강도의 소결 부품을 얻을 수 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 편평한 동분을 함유하는 분말 야금용 분말이 제안되어 있다. 상기 분말에 의하면, 역시 통상의 벨트로를 이용한 소결과 침탄·퀀칭·템퍼링 처리에 의해서도, 고강도의 소결 부품을 얻을 수 있다.

특허문헌 3에서는, Mo-Ni-Cu-C계의 분말 야금용 철기 혼합 분말이 제안되어 있다. 상기 혼합 분말에 의하면, 통상의 벨트로를 이용한 소결과 침탄·퀀칭·템퍼링 처리라도 1300㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 소결체를 얻을 수 있다.

특허문헌 4에서는, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Zn, Sn 및, W로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 합금 원소를 예합금화한 철기 합금 분말(iron-based alloy powder)의 표면에, 추가로 상기 합금 원소를 농화시킨 분말이 제안되어 있다. 상기 분말에 의하면, 통상의 벨트로를 이용한 소결과 침탄·퀀칭·템퍼링 처리라도 1300㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 소결체를 얻을 수 있다.

(특허문헌 1) 일본공개특허공보 2017-226921호

(특허문헌 2) 일본공개특허공보 2016-108651호

(특허문헌 3) 일본공개특허공보 2018-123412호

(특허문헌 4) 일본공개특허공보 2007-031757호

그러나, 특허문헌 1에서 제안되어 있는 분말을 이용하여 얻어지는 소결체의 인장 강도는 1250㎫ 정도로, 1300㎫ 이상의 인장 강도는 달성되어 있지 않았다.

마찬가지로, 특허문헌 2에서 제안되어 있는 분말을 이용하여 얻어지는 소결체의 인장 강도도 1250㎫ 정도로, 역시 1300㎫ 이상의 인장 강도는 달성되어 있지 않았다.

또한, 특허문헌 3에서 제안되어 있는 분말에 의하면, 1300㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 소결체를 얻을 수 있기는 하지만, 당해 분말은 고가의 합금화 원소인 Ni를 포함하고 있어, 비용면에서의 요구에 부응할 수 없다는 문제가 있었다.

추가로, 특허문헌 4에서 제안되어 있는 분말에 포함되는 합금 원소는, 모두 산화하기 쉬운 성질을 갖고 있다. 그 때문에, 상기 분말을 이용하여 소결체를 제조할 때에는, 고도의 노점 제어를 행한 분위기하에서 소결을 행할 필요가 있고, 따라서, 고도의 노점 제어가 가능한 설비가 필요한 것에 더하여, 생산성이 낮다는 문제가 있었다. 또한, 특허문헌 4에서 사용되고 있는 합금 원소는 산화하기 쉽기 때문에, 통상의 수(水) 아토마이즈 프로세스를 이용하여 분말을 제조하는 것이 어렵다. 그 때문에, 합금 원소 자체가 염가라고 해도, 분말의 제조 비용이 높아진다는 문제도 있었다.

본 발명은, 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 고가의 합금 원소인 Ni나, Al 등의 산화하기 쉬운 원소를 함유하지 않고도, 통상의 제조 프로세스에 의해 1300㎫ 이상의 인장 강도를 구비한 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 요지 구성은 다음과 같다.

1. 철기 합금 분말 및 합금용 분말로 이루어지는 분말 야금용 철기 혼합 분말로서,

상기 철기 합금 분말이, 0.2질량％ 이상 1.5질량％ 이하의 Mo를 포함하고,

상기 합금용 분말이, 흑연 분말 및 동분말을 포함하고,

상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 흑연 분말의 질량의 비율이 0.10∼1.0질량％이고,

상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 동분말의 질량의 비율이 0.5∼3.0질량％이고,

상기 동분말의 평균 입자경이 25㎛ 이하, 비표면적이 0.30㎡/g 이상인, 분말 야금용 철기 혼합 분말.

2. 상기 철기 합금 분말이, 0.2질량％ 이상 1.5질량％ 이하의 Mo를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 청구항 1에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말.

3. 추가로, 윤활제를 포함하는, 상기 1 또는 2에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말.

4. 상기 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말을 성형하고, 소결함으로써 얻어지는 철기 소결체.

5. 상기 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말을 성형하고, 소결하여, 열처리함으로써 얻어지는 철기 소결체.

본 발명에 의하면, 고가의 합금 원소인 Ni나, Al 등의 산화하기 쉬운 원소를 함유하지 않고도, 통상의 제조 프로세스에 의해 1300㎫ 이상의 인장 강도를 구비한 소결체를 제조할 수 있다. 당해 분말 야금용 철기 혼합 분말 자체가 염가인 것에 더하여, 통상의 프로세스에서 소결체를 제조하는 것이 가능하다. 그 때문에, 본 발명의 분말 야금용 철기 혼합 분말을 이용함으로써, 매우 저비용으로 강도가 우수한 소결체를 제조할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명을 실시하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 적합한 실시 형태를 나타내는 것이고, 또한, 함유량에 관한 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

[분말 야금용 철기 혼합 분말]

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 분말 야금용 철기 혼합 분말(이하, 간단히 「혼합 분말」이라고 하는 경우가 있음)은, 철기 합금 분말 및 합금용 분말로 이루어지는 혼합 분말이다. 여기에서, 「철기 혼합 분말」이란, 혼합 분말 전체에 있어서의 Fe의 함유량이 50％ 이상인 혼합 분말을 가리키는 것으로 한다.

[철기 합금 분말]

본 발명에서는, 합금 원소로서 Mo를 함유하는 철기 합금 분말을 사용한다. 여기에서, 철기 합금 분말이란 Fe 함유량이 50％ 이상인 합금 분말을 가리키는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 철기 합금 분말에 포함되는 성분의 함유량이란, 철기 합금 분말의 전체 질량에 대한, 당해 철기 합금 분말에 포함되는 당해 성분의 질량의 비율(질량％)을 가리키는 것으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 철기 합금 분말이, 0.2％ 이상 1.5％ 이하의 Mo를 포함한다. 상기 철기 합금 분말의 Mo 함유량이 0.2％ 미만이면, 퀀칭성이 저하하여, 소망하는 강도의 소결체를 얻을 수 없다. 그 때문에, 상기 철기 합금 분말의 Mo 함유량은 0.2％ 이상으로 한다. 한편, 상기 철기 합금 분말의 Mo 함유량이 1.5％보다 높으면, 분말이 경질화하는 결과, 압축성이 저하한다. 그 때문에, 상기 철기 합금 분말의 Mo 함유량은 1.5％ 이하로 한다.

상기 철기 합금 분말의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예합금 강분(pre-alloyed steel powder) 및 확산 부착 합금 강분(diffusionally adhered alloy steel powder)의 한쪽 또는 양쪽이면 좋다. 환언하면, 상기 철기 합금 분말에 포함되는 Mo는, 철기 합금 분말 중에 미리 합금화되어 있어도 좋고, 철기 합금 분말의 표면에 확산 부착되어 있어도 좋다. 또한, 확산 부착 합금 강분이란, 핵으로서의 철분과, 상기 철분의 표면에 부착된 적어도 1개의 합금 원소 입자로 이루어지고, 상기 철분과 상기 합금 원소 입자가 확산 접합하고 있는 분말을 가리키고, 부분 확산 합금 강분(partially diffusion-alloyed steel powder)이라고도 칭해진다.

본 발명에 있어서, 철기 합금 분말의 잔부는, Fe 및 불가피 불순물이라도 좋다. 즉, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 철기 합금 분말은, 0.2∼1.5％의 Mo를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.

상기 불가피 불순물로서는, 예를 들면, C, O, N 및, S 등을 들 수 있다. 또한, 불가피 불순물의 양을 저감함으로써, 분말의 압축성을 더욱 향상시켜, 한층 높은 밀도를 갖는 성형체(압분체)를 얻을 수 있다. 그 때문에, 상기 철기 합금 분말의 성분 조성에 있어서의 C 함유량은 0.02질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. O함유량은 0.3질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.25질량％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. N 함유량은 0.004질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. S 함유량은 0.03질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 철기 합금 분말은, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 철기 합금 분말은, 아토마이즈법에 의해 제조되는 아토마이즈분, 환원법에 의해 제조되는 환원분, 또는 그들의 혼합분이면 좋다. 상기 아토마이즈분으로서는, 수 아토마이즈법에 의해 제조되는 수 아토마이즈분과, 가스 아토마이즈법에 의해 제조되는 가스 아토마이즈분의 어느 것이나 이용할 수 있지만, 생산성의 관점에서는 수 아토마이즈분을 이용하는 것이 바람직하다.

[합금용 분말]

상기 합금용 분말은, 흑연 분말 및 동분말을 함유한다. 환언하면, 본 발명의 혼합 분말은, 합금용 분말로서, 흑연 분말 및 동분말을 함유한다.

흑연 분말: 0.10∼1.0％

흑연 분말을 구성하는 C는, 소결체의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 흑연 분말의 함유량이 0.10％ 미만이면, 상기 효과가 불충분해져, 소망하는 강도를 갖는 소결체를 얻을 수 없다. 그 때문에, 흑연 분말의 함유량을 0.10％ 이상으로 한다. 한편, 흑연 분말의 함유량이 1.0％를 초과하면, 과공석이 되기 때문에 시멘타이트가 석출되어, 오히려 강도가 저하한다. 그 때문에, 흑연 분말의 함유량을 1.0％ 이하로 한다. 또한, 여기에서 「흑연 분말의 함유량」이란, 철기 합금 분말 및 합금용 분말의 합계 질량에 대한 흑연 분말의 질량의 비율(질량％)을 가리키는 것으로 한다.

상기 흑연 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 평균 입경이 1∼50㎛의 흑연 분말을 이용하는 것이 바람직하다.

동분말: 0.5∼3.0％

Cu는, 고용 강화와 퀀칭성의 향상에 의해 소결체의 강도를 높이는 효과를 갖는 성분이다. 강도 향상 효과를 얻기 위해, 동분말의 함유량을 0.5％ 이상으로 한다. 한편, 과도한 동분말 첨가는, 소결 시의 동 용융에 수반하여 발생하는 동팽창에 의해 소결체 밀도를 저하시킨다. 그 때문에, 동분말의 함유량은 3.0％ 이하로 한다. 또한, 여기에서 동분말의 함유량이란, 철기 합금 분말 및 합금용 분말의 합계 질량에 대한 동분말의 질량의 비율(질량％)을 가리키는 것으로 한다.

평균 입자경: 25㎛ 이하

상기 동분말의 평균 입자경이 25㎛보다 크면, 소결 시에 용융된 Cu가 철기 합금 분말의 입자 간에 용침하여 소결 후의 부품의 체적을 팽창시켜, 소결체의 밀도를 저하시킨다. 또한, 상기 동분말의 평균 입자경이 25㎛보다 크면, 성형체 내의 구리의 분포가 불균일하게 되고, 그 결과, 구리에 의해 소결이 촉진되는 영역과 그렇지 않은 영역이 발생해 버린다. 따라서, 분말 야금의 분야에 있어서는, 평균 입자경이 28∼50㎛ 정도의 동분말을 이용하는 것이 일반적이지만, 그러한 동분말을 이용한 경우, 소결체 밀도의 저하나 소결 불균일을 억제할 수 없다. 그래서 본 발명에서는, 상기 동분말의 평균 입자경을 25㎛ 이하로 한다. 상기 평균 입자경은, 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 평균 입자경의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 과도하게 미세한 동분말은 대기 중에서 발열할 위험성이 있다. 그 때문에, 대기 중에서의 발열을 방지한다는 관점에서는, 상기 평균 입자경을 1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 5㎛ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

여기에서, 상기 평균 입자경이란, 동분말의 1차 입자의 메디안 지름(D50)을 가리키는 것으로 한다. 상기 메디안 지름은 레이저 회절/산란식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정할 수 있다.

비표면적: 0.30㎡/g 이상

상기 동분말의 비표면적을 크게 함으로써, 구리를 소결체 중에 균일하게 분산시켜, 소결을 촉진할 수 있다. 동분말의 비표면적이 0.30㎡/g 미만에서는, 상기 효과가 얻어지지 않아, 소망하는 강도를 갖는 소결체를 얻을 수 없다. 그 때문에, 동분말의 비표면적을 0.30㎡/g 이상으로 한다. 한편, 동분말의 비표면적의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는 1.0㎡/g 이하이면 좋다. 또한, 여기에서 비표면적은 BET법에 의해 측정되는 BET 비표면적을 가리키는 것으로 한다.

상기 합금용 분말로서는, 흑연 분말 및 동분말만을 이용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 합금용 분말은, 흑연 분말 및 동분말로 이루어진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 합금용 분말이, 추가로 다른 합금 성분의 분말을 임의로 포함할 수도 있다. 상기 다른 합금 성분의 분말로서는, Mn 분말 및 Ni 분말 등을 들 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 합금용 분말로서, 흑연 분말, 동분말, 그리고 임의로 Mn 분말과 Ni 분말의 한쪽 또는 양쪽을 이용할 수 있다. 단, 전술한 바와 같이 Ni는 고가이기 때문에, 본 발명의 분말 야금용 철기 혼합 분말은, Ni 분말을 함유하지 않는 것이 바람직하다.

[윤활제]

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 분말 야금용 철기 혼합 분말은, 전술한 성분에 더하여, 추가로 윤활제를 함유할 수 있다.

상기 윤활제로서는, 특별히 한정되지 않고, 임의의 윤활제를 이용할 수 있다. 상기 윤활제로서는, 예를 들면, 스테아르산 아연이나 스테아르산 리튬 등의 금속 비누 및, 에틸렌비스스테아르산 아미드 등의 아미드계 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 이용할 수 있다. 또한, 윤활제를 혼합하는 경우, 상기 윤활제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 철기 합금 분말 및 합금용 분말의 합계 질량: 100질량부에 대하여, 0.1∼1.2질량부로 하는 것이 바람직하다.

상기 윤활제의 첨가는, 임의의 타이밍에서 행할 수 있다. 예를 들면, 철기 합금 분말에 대하여 합금용 분말과 동시에 윤활제를 첨가해도 좋고, 또한, 철기 합금 분말에 합금용 분말을 혼합하여 혼합 분말로 한 후, 상기 혼합 분말에 윤활제를 혼합해도 좋다.

[철기 소결체의 제조 방법]

다음으로, 상기 분말 야금용 철기 혼합 분말을 이용하여 철기 소결체를 제조하는 방법의 일 예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명은 철기 소결체를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「철기 소결체」를 간단히 「소결체」라고 하는 경우가 있다.

상기 분말 야금용 철기 혼합 분말을, 금형을 이용하여 가압 성형하여 성형체로 하고, 이어서, 상기 성형체를 소결함으로써 철기 소결체를 제조할 수 있다.

·가압 성형

상기 가압 성형 시의 가압력은, 특별히 한정되지 않지만, 400∼1000㎫로 하는 것이 바람직하다. 가압력이 400㎫ 이상이면, 성형체의 밀도가 높아져, 소결체의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 가압력이 1000㎫ 이하이면, 금형의 수명을 늘릴 수 있어, 경제적으로 더욱 유리하다. 또한, 가압 성형 시의 온도는, 상온(약 20℃)∼약 160℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가압 성형에 이용하는 금형에, 미리 윤활제를 도포 또는 부착시켜 둘 수도 있다.

·소결

상기 성형체의 소결은, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 소결 온도로 행할 수 있지만, 1100℃ 이상, 1200℃ 미만의 소결 온도로 행하는 것이 바람직하다. 소결 온도가 1100℃ 이상이면, 소결이 충분히 진행되고, 그 결과, 예를 들면 1300㎫ 이상이라는 우수한 인장 강도를 갖는 철기 소결체가 얻어진다. 한편, 소결 온도가 1200℃ 미만이면, 소결로의 수명을 늘릴 수 있기 때문에, 경제적으로 유리하다. 소결 시간은 특별히 한정되지 않지만, 10∼180분으로 하는 것이 바람직하다.

·열처리

얻어진 철기 소결체에 대하여, 추가로 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리를 실시함으로써, 소결체의 강도를 더욱 높일 수 있다. 상기 열처리로서는, 급냉을 수반하는 처리를 행하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 침탄 처리, 광휘 처리, 고주파 퀀칭, 레이저 퀀칭으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 급냉 후의 소결체에는 템퍼링 등의 인성 회복 처리를 실시할 수도 있다. 템퍼링 온도는 100∼300℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.

실시예

다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는, 본 발명의 적합한 일 예를 나타내는 것으로, 본 발명은, 당해 실시예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.

우선, 이하의 순서로 철기 합금 분말, 흑연 분말 및, 동분말을 함유하는 혼합 분말을 제조했다.

(철기 합금 분말)

상기 철기 합금 분말로서는, 표 1에 나타내는 함유량으로 Mo를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 확산 부착 합금 강분(부분 확산 합금 강분)을 사용했다. 상기 확산 부착 합금 강분의 제조 순서는 다음과 같이 했다.

우선, 수 아토마이즈법에 의해, 철분을 작성했다. 여기에서, 「철분」이란, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 분말을 가리키고, 본 기술 분야에 있어서는 순철분이라고도 칭해진다. 상기 철분의 순도는 95질량％ 이상이었다. 상기 수 아토마이즈의 (as-atomized) 철분(수 아토마이즈 철분)에 대하여, 산화 Mo 분말(평균 입경: 10㎛)을 혼합했다. 상기 혼합은, V형 혼합기를 사용하여 15분간 행했다. 그 후, 노점: 30℃의 수소 분위기 중에서 열처리(보존유지 온도: 880℃ 보존유지 시간: 1h)를 행하여, 철분의 표면에 Mo를 확산 부착시킨 확산 부착 합금 강분으로 했다. 상기 확산 부착 합금 강분(철기 합금 분말)에 있어서의 Mo 함유량은 표 1에 나타낸 바와 같다.

(흑연 분말)

흑연 분말로서는, 평균 입경: 5㎛의 흑연 분말을 사용했다.

(동분말)

동분말로서는, 표 1에 나타내는 평균 입자경(㎛) 및 비표면적(㎡/g)을 갖는 동분말을 사용했다.

상기 철기 합금 분말에 대하여, 표 1에 나타내는 함유량이 되도록, 상기 흑연 분말 및 동분말을 첨가하고, 추가로, 윤활제로서의 에틸렌비스스테아르산 아미드를 첨가한 후, V형 혼합기를 이용하여 15분간 혼합하여 분말 야금용 철기 혼합 분말을 얻었다. 상기 윤활제의 첨가량은, 상기 철기 합금 분말 및 합금용 분말(흑연 분말 및 동분말)의 합계 질량: 100질량부에 대하여, 0.6질량부로 했다.

그 후, 얻어진 분말 야금용 철기 혼합 분말을 688㎫로 가압 성형하여, 길이: 55㎜, 폭: 10㎜, 두께: 10㎜의 태블릿 형상 성형체(각각 5개) 및, 외경: 38㎜, 내경: 25㎜, 두께: 10㎜의 링 형상 성형체를 제작했다.

상기 태블릿 형상 성형체 및 링 형상 성형체를 소결하여, 태블릿 형상의 철기 소결체 및 링 형상의 철기 소결체를 얻었다. 상기 소결은, 프로판 변성 가스 분위기 중에서, 소결 온도: 1130℃, 소결 시간: 20분의 조건으로 행했다.

(밀도)

얻어진 링 형상의 철기 소결체의, 외경, 내경, 두께 및, 질량을 측정하고, 얻어진 값을 이용하여 철기 소결체의 밀도(Mg/㎥)를 산출했다.

(인장 강도)

얻어진 태블릿 형상 소결체에 대해서는, 각각 5개를 JIS Z 2241에서 규정되는 인장 시험에 제공하기 위한 평행부 지름: 5㎜의 환봉 인장 시험편으로 가공하고, 카본 포텐셜: 0.8질량％의 가스 침탄(보존유지 온도: 870℃ 보존유지 시간: 60분)을 행하고, 계속하여 퀀칭(60℃, 유(油) 퀀칭) 및 템퍼링(보존유지 온도: 180℃, 보존유지 시간: 60분)을 행했다. 이들 침탄·퀀칭·템퍼링 처리를 실시한 환봉 인장 시험편을 JIS Z 2241에서 규정되는 인장 시험에 제공하여 인장 강도를 측정하여, 시험수 n＝5에서의 평균값을 구했다.

측정 결과를 표 1에 병기한다. 또한, 인장 강도 1300㎫ 이상을 합격, 1300㎫ 미만을 불합격으로 했다.

표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 분말 야금용 철기 혼합 분말을 이용한 철기 소결체는, 모두 열처리 후에 있어서의 인장 강도가 1300㎫ 이상으로, 매우 우수한 역학 특성을 갖고 있었다.

Claims (5)

1. 철기 합금 분말 및 합금용 분말로 이루어지는 분말 야금용 철기 혼합 분말로서,
   상기 철기 합금 분말이, 0.2질량％ 이상 1.5질량％ 이하의 Mo를 포함하고,
   상기 합금용 분말이, 흑연 분말 및 동(銅)분말을 포함하고,
   상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 흑연 분말의 질량의 비율이 0.10∼1.0질량％이고,
   상기 철기 합금 분말 및 상기 합금용 분말의 합계 질량에 대한 상기 동분말의 질량의 비율이 0.5∼3.0질량％이고,
   상기 동분말의 평균 입자경이 25㎛ 이하, 비표면적이 0.30㎡/g 이상, 0.60㎡/g 이하인, 분말 야금용 철기 혼합 분말.
2. 제1항에 있어서,
   상기 철기 합금 분말이, 0.2질량％ 이상 1.5질량％ 이하의 Mo를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 분말 야금용 철기 혼합 분말.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   추가로, 윤활제를 포함하는, 분말 야금용 철기 혼합 분말.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말을 가압 성형하고, 소결함으로써 얻어지는 철기 소결체.
5. 제1항 또는 제2항에 기재된 분말 야금용 철기 혼합 분말을 가압 성형하고, 소결하여, 열처리함으로써 얻어지는 철기 소결체.